ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Η/Υ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Η/Υ Διπλωματική εργασία του Αγγελίτση Βάιου με τίτλο: "Συγγραφή κανόνων για βέλτιστη εκμετάλλευση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας σε αυτόνομο νησιωτικό Δίκτυο" Επιβλέπων: Μπακιρτζής Αναστάσιος Καθηγητής Α.Π.Θ. Θεσσαλονίκη, Μάρτιος 2016

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... 2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΑΡΧΕΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΗ ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΩΝ ΝΗΣΙΩΝ ΓΕΝΙΚΈΣ ΔΙΑΤΆΞΕΙΣ ΕΠΟΠΤΕΊΑ ΔΙΑΧΕΊΡΙΣΗΣ ΣΥΣΤΗΜΆΤΩΝ ΜΔΝ - ΚΈΝΤΡΑ ΕΛΈΓΧΟΥ ΕΝΈΡΓΕΙΑΣ ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΜΟΝΑΔΩΝ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ - ΣΥΝΔΕΣΗ ΠΑΡΑΓΩΓΩΝ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ ΚΥΛΙΌΜΕΝΟΣ ΗΜΕΡΉΣΙΟΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΌΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΌΣ ΚΑΙ ΔΙΑΔΙΚΑΣΊΑ ΚΑΤΑΝΟΜΉΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ - ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΌΣ ΑΝΆΠΤΥΞΗΣ ΙΣΧΎΟΣ ΜΟΝΆΔΩΝ - ΜΗΧΑΝΙΣΜΌΣ ΕΠΆΡΚΕΙΑΣ ΙΣΧΎΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΌΣ ΑΜΟΙΒΏΝ ΜΟΝΆΔΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΉΣ ΤΉΡΗΣΗ ΛΟΓΑΡΙΑΣΜΏΝ - ΕΚΚΑΘΑΡΊΣΕΙΣ ΑΓΟΡΆΣ ΜΔΝ ΚΥΡΏΣΕΙΣ ΔΙΕΊΣΔΥΣΗ ΑΠΕ / ΣΗΘΥΑ ΚΑΙ ΥΒΡΙΔΙΚΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ ΕΙΔΙΚΈΣ ΠΕΡΙΠΤΏΣΕΙΣ ΜΕΤΆΒΑΣΗ ΣΤΟ ΚΑΘΕΣΤΏΣ ΤΟΥ ΚΏΔΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΕΞΥΠΝΑ ΔΙΚΤΥΑ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΟΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΔΙΑΝΟΜΗΣ SMART GRIDS (ΕΞΥΠΝΑ ΔΙΚΤΥΑ) ΟΙ ΔΥΝΑΤΌΤΗΤΕΣ ΕΝΌΣ ΈΞΥΠΝΟΥ ΔΙΚΤΎΟΥ ΚΌΣΤΗ ΚΑΙ ΟΦΈΛΗ ΈΞΥΠΝΟΥ ΔΙΚΤΎΟΥ ΕΝΕΡΓΟΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΟΙ ΠΡΟΚΛΉΣΕΙΣ ΤΩΝ ΣΗΜΕΡΙΝΏΝ ΔΙΚΤΎΩΝ ΔΙΑΝΟΜΉΣ ΕΝΊΣΧΥΣΗ ΔΙΚΤΎΟΥ ΧΕΙΡΙΣΜΌΣ ΔΙΚΤΎΟΥ ΔΙΑΝΟΜΉΣ ΠΑΡΑΔΟΣΙΑΚΉ ΣΧΕΔΊΑΣΗ ΤΩΝ ΔΙΚΤΎΩΝ ΔΙΑΝΟΜΉΣ ΕΝΕΡΓΆ ΔΊΚΤΥΑ ΔΙΑΝΟΜΉΣ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΈΝΗ ΑΝΆΠΤΥΞΗ ΔΙΚΤΎΟΥ ΔΙΑΧΕΊΡΙΣΗ ΙΣΧΎΟΣ ΔΙΚΤΎΟΥ ΣΎΝΔΕΣΗ ΕΝΕΡΓΌΣ ΧΕΙΡΙΣΜΌΣ ΤΟΥ ΔΙΚΤΎΟΥ ΔΙΑΝΟΜΉΣ ''TRAFFIC LIGHT CONCEPT'' ΑΝΤΑΛΛΑΓΉ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΏΝ ΈΛΕΓΧΟΣ ΤΆΣΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΕΡΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΔΝ ΣΕ ΜΙΑ ΠΙΟ ΑΝΤΑΓΩΝΙΣΤΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΗ ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΑΓΟΡΑΣ ΜΔΝ ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΜΗ ΚΑΤΑΝΕΜΟΜΕΝΩΝ ΑΠΕ ΜΟΝΤΈΛΑ ΠΡΌΒΛΕΨΗΣ ΑΙΟΛΙΚΉΣ ΠΑΡΑΓΩΓΉΣ ΜΟΝΤΈΛΑ ΠΡΌΒΛΕΨΗΣ ΗΛΙΑΚΉΣ ΠΑΡΑΓΩΓΉΣ ΕΜΠΟΡΙΚΆ ΣΥΣΤΉΜΑΤΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΗΣ ΠΛΕΟΝΑΖΟΥΣΑΣ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΠΙΛΥΣΗ ΚΗΕΠ ΚΑΙ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ ΜΕ ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΥΣ

3 3.5 ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΑΞΙΑΣ ΙΣΧΥΟΣ ΤΟΥ ΑΝΕΜΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΝΕΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΑΠΕ ΚΑΙ ΣΥΜΒΑΤΙΚΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΑΠΕ ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΊ ΚΑΙ ΑΠΑΙΤΉΣΕΙΣ ΟΜΑΛΉΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΊΑΣ ΕΙΔΙΚΈΣ ΑΠΑΙΤΉΣΕΙΣ ΓΙΑ ΠΕΡΙΠΤΏΣΕΙΣ ΔΙΑΤΑΡΑΧΏΝ ΑΝΑΒΆΘΜΙΣΗ ΠΑΛΑΙΌΤΕΡΩΝ ΑΙΟΛΙΚΏΝ ΣΤΑΘΜΏΝ ΜΕ ΧΡΉΣΗ ΈΞΥΠΝΩΝ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΈΩΝ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΚΑΙ ΕΚΣΥΓΧΡΟΝΙΣΜΟΣ ΣΥΜΒΑΤΙΚΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΜΕ ΣΤΟΧΟ ΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΗ ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΤΩΝ ΑΠΕ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΝΕΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΑΠΟ ΑΠΕ ΚΑΙ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥΣ ΣΤΑΘΜΟΥΣ ΑΞΙΟΠΟΊΗΣΗ ΑΠΟΡΡΙΜΜΆΤΩΝ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΉ ΕΝΈΡΓΕΙΑΣ ΥΒΡΙΔΙΚΟΊ ΣΤΑΘΜΟΊ ΠΑΡΑΓΩΓΉΣ ΕΝΈΡΓΕΙΑΣ ΥΔΡΑΝΤΛΗΤΙΚΟΊ ΣΤΑΘΜΟΊ ΜΕ ΑΙΟΛΙΚΉ ΕΝΈΡΓΕΙΑ ΗΛΙΟΘΕΡΜΙΚΟΊ ΣΤΑΘΜΟΊ ΠΑΡΑΓΩΓΉΣ ΕΝΈΡΓΕΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΗΣ ΖΗΤΗΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΜΕΙΩΣΗ ΚΑΙ ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΖΗΤΗΣΗΣ (DEMAND RESPONSE) ΠΡΟΓΡΆΜΜΑΤΑ ΧΡΟΝΟΧΡΈΩΣΗΣ ΚΑΙ ΚΙΝΗΤΡΟΔΌΤΗΣΗΣ ΠΙΛΟΤΙΚΆ ΠΡΟΓΡΆΜΜΑΤΑ ΠΙΛΟΤΙΚΆ ΠΡΟΓΡΆΜΜΑΤΑ ΧΡΟΝΟΧΡΈΩΣΗΣ ΠΙΛΟΤΙΚΆ ΠΡΟΓΡΆΜΜΑΤΑ ΚΙΝΗΤΡΟΔΌΤΗΣΗΣ ΕΜΠΌΔΙΑ ΚΑΙ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗ ΚΑΛΎΤΕΡΗ ΑΞΙΟΠΟΊΗΣΗ ΤΗΣ ΑΠΌΚΡΙΣΗΣ ΖΉΤΗΣΗΣ. 77 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΣΥΜΨΗΦΙΣΜΟΣ (NET METERING) ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ NET METERING ΚΟΣΤΟΣ ΚΑΙ ΟΦΕΛΗ ΤΟΥ NET METERING ΘΕΜΑΤΑ ΠΟΥ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΔΙΕΥΘΕΤΗΘΟΥΝ ΓΙΑ ΝΑ ΚΑΘΟΡΙΣΤΕΙ ΤΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΣΥΜΨΗΦΙΣΜΟΥ ΜΈΤΡΗΣΗ ΧΕΙΡΙΣΜΌΣ ΤΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΉΣ ΌΤΑΝ ΔΕΝ ΞΕΠΕΡΝΆ ΤΟ ΦΟΡΤΊΟ ΧΕΙΡΙΣΜΌΣ ΤΗΣ ΠΕΡΊΣΣΕΙΑΣ ΕΝΈΡΓΕΙΑΣ ΌΡΙΑ ΣΤΟ ΜΈΓΕΘΟΣ ΕΓΚΑΤΕΣΤΗΜΈΝΩΝ ΣΥΣΤΗΜΆΤΩΝ ΌΡΙΑ ΣΤΗ ΔΙΕΊΣΔΥΣΗ ΤΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΎ ΣΥΜΨΗΦΙΣΜΟΎ ΓΕΙΤΟΝΙΚΌ Ή ΚΟΙΝΟΤΙΚΌ NET METERING ΕΙΚΟΝΙΚΌ NET METERING ΑΝΤΙΜΕΤΏΠΙΣΗ ΤΗΣ ΑΠΏΛΕΙΑΣ ΕΙΣΟΔΉΜΑΤΟΣ ΤΩΝ ΕΤΑΙΡΙΏΝ ΑΞΊΑ ΤΗΣ ΠΡΟΚΑΘΟΡΙΣΜΈΝΗΣ ΤΙΜΉΣ ΘΈΜΑΤΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΎ ΧΡΈΩΣΗΣ ΠΛΑΙΣΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΣΥΜΨΗΦΙΣΜΟΥ ΑΝΑ ΤΟΝ ΚΟΣΜΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ

4 ΑΝΕΠΤΥΓΜΕΝΕΣ ΚΑΙ ΕΜΠΟΡΙΚΑ ΔΙΑΘΕΣΙΜΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΠΡΩΙΜΟ ΚΑΙ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟ ΣΤΑΔΙΟ ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΓΙΑ ΕΞΑΓΩΓΗ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΩΝ ΠΡΟΣΦΑΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΕΣ ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΕΣ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΧΡΗΣΙΜΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΑΠΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΝΗΣΙΩΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8: ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ ΜΕ ΣΥΝΔΕΣΗ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ (VEHICLE TO GRID-V2G) ΟΡΙΣΜΟΣ, ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ ΚΙΝΗΤΡΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΙΟΘΕΤΗΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ ΕΝΕΡΓΉ ΣΥΜΜΕΤΟΧΉ ΣΤΗΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΉ ΕΝΣΩΜΆΤΩΣΗ ΤΩΝ ΜΗ ΚΑΤΑΝΕΜΌΜΕΝΩΝ ΑΠΕ ΥΠΟΣΤΉΡΙΞΗ ΔΙΚΤΎΟΥ, ΑΝΑΒΟΛΉ ΕΠΕΝΔΎΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΑΡΟΧΉ ΕΠΙΚΟΥΡΙΚΏΝ ΥΠΗΡΕΣΙΏΝ ΚΊΝΗΤΡΑ ΓΙΑ ΤΟΝ ΙΔΙΟΚΤΉΤΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΎ ΟΧΉΜΑΤΟΣ Ο ΡΌΛΟΣ ΤΟΥ ΕΚΠΡΟΣΏΠΟΥ ΦΟΡΤΊΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΈΞΥΠΝΟΥ ΔΙΚΤΎΟΥ ΣΤΗΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΊΑ V2G ΠΙΛΟΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ V2G ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΠΙΤΥΧΗ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΣΤΑ ΑΥΤΟΝΟΜΑ ΝΗΣΙΩΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

5 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα τελευταία χρόνια, παρατηρείται έντονη στροφή των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) προς τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) παγκοσμίως. Η αυξανόμενη ζήτηση δε μπορεί πλέον να καλύπτεται μόνο από συμβατικές μονάδες παραγωγής που χρησιμοποιούν ρυπογόνα καύσιμα ή πυρηνικούς σταθμούς. Ο οικολογικός αντίκτυπος με τη συνεχιζόμενη αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη και το λιώσιμο των πάγων που οφείλονται κατά βάση στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, έχουν ενισχύσει σημαντικά την περιβαλλοντική συνείδηση. Αποτέλεσμα αυτών, ήταν να στραφούν οι επενδύσεις στις ανανεώσιμες πηγές με αποτέλεσμα τη ραγδαία εξέλιξη της τεχνολογίας που τις περιβάλλει το τελευταίο διάστημα. Η πλειοψηφία των ανεπτυγμένων χωρών έχει θεσπίσει συγκεκριμένους και φιλόδοξους στόχους για την εκμετάλλευση των ΑΠΕ καθότι η παραγωγή ενέργειας από ανεξάντλητους φυσικούς πόρους φαντάζει ιδανική λύση για πάρα πολλά προβλήματα. Αντικείμενο της εν λόγω διπλωματικής αποτελεί η συγγραφή κανόνων και προτάσεων για τη βέλτιστη εκμετάλλευση των ΑΠΕ σε Μη Διασυνδεδεμένα Νησιά (ΜΔΝ) που παρουσιάζουν αρκετές ιδιαιτερότητες τόσο τα ίδια όσο και το Δίκτυό τους. Η οικονομία τους βασίζεται συνήθως στο τουρισμό και λιγότερο στη γεωργία και την αλιεία εφόσον η βιομηχανική ανάπτυξη περιορίζεται από την έλλειψη πόρων, τα υψηλά κόστη μεταφοράς και υποδομών και την έλλειψη ανταγωνιστικών αγορών για τις εταιρείες. Ο τουρισμός είναι κυρίως εποχιακός και οδηγεί σε σημαντική αύξηση για μερικούς μήνες στο πληθυσμό και στις ενεργειακές απαιτήσεις. Τα παραπάνω, οδηγούν στη δημιουργία Δικτύου που στο μεγαλύτερο μέρος του χρόνου υπό αξιοποιείται. Τα περισσότερα αγαθά μεταφέρονται μέσω πλοίων με σοβαρό αντίκτυπο στη βιωσιμότητα της οικονομίας. Πολλά νησιά βασίζονται εξ ολοκλήρου στα εισαγόμενα καύσιμα για τις μεταφορές, τη θέρμανση και τη παραγωγή ενέργειας και αυτού του είδους η εξάρτηση ενέχει οικονομικές, τεχνικές και κοινωνικές επιπτώσεις. Συνεπώς, η αυξανόμενη διείσδυση των ΑΠΕ είναι επιβεβλημένη για τα αυτόνομα Δίκτυα καθότι μακροπρόθεσμα θα ρίξει αισθητά το κόστος ενέργειας. Είναι όμως αρκετά πιο ευαίσθητα σε σχέση με τα διασυνδεδεμένα, με μικρότερη αδράνεια λόγω των περιορισμένων μονάδων παραγωγής και πιο ευάλωτα σε διακυμάνσεις τάσης και συχνότητας παράγοντες που εγείρουν θέματα ασφάλειας και αξιοπιστίας. Μία άλλη παράμετρος που οφείλουμε να λάβουμε υπόψη, είναι η υπάρχουσα δομή του συστήματος παραγωγής και διανομής. Οι συμβατικές μονάδες καλύπτουν το μεγαλύτερο ποσοστό της ζητούμενης ενέργειας, το λεγόμενο φορτίο βάσης και περιορίζονται από ελάχιστα τεχνικά όρια λειτουργίας και από πολύ μεγάλα κόστη έναρξης και σβέσης. Καλύπτουν επίσης το μεγαλύτερο κομμάτι των Επικουρικών Υπηρεσιών που διασφαλίζουν την αξιόπιστη λειτουργία του συστήματος. Συνεπώς, στόχος μας δεν είναι μόνο η μεγαλύτερη δυνατή ένταξη ανανεώσιμης ενέργειας αλλά η ασφαλής και κατά το δυνατό οικονομικότερη λειτουργία του συστήματος συνολικά. Βέβαια, και το υφιστάμενο Δίκτυο Διανομής αποτελεί πρόκληση για το βασικό στόχο που έχουμε θέσει. Η κατάλληλη μέριμνα για το που θα τοποθετηθούν οι νέες μονάδες διανεμημένης παραγωγής είναι καθοριστικής σημασίας καθότι πλέον θα συναντώνται αμφίδρομες ροές ισχύος. Μέχρι τώρα, επικρατούσε η απλούστερη λογική της προβλέψιμης ροής, από την παραγωγή στη κατανάλωση. Συνυπολογίζοντας τη μεταβλητότητα στη παραγωγή ενέργειας από τις μη ελεγχόμενες ΑΠΕ, η παροχή των ανάλογων εφεδρειών και ο ταυτοχρονισμός της παραγωγής και ζήτησης με κάθε πρόσφορο μέσο αποτελούν προτεραιότητα. Για αυτό άλλωστε τα αυτόνομα νησιωτικά Δίκτυα θεωρούνται εργαστήρια για τη δοκιμή νέων τεχνολογιών και στρατηγικών που θα επιτρέψουν την αυξημένη διείσδυση των ΑΠΕ. 5

6 Μεταβλητότητα και περιορισμένη προβλεψιμότητα της ηλιακής και αιολικής ενέργειας Από τις διαθέσιμες τεχνολογίες, τα φωτοβολταϊκά έχουν αυξανόμενη δυναμική, μειώνεται το κόστος τους και η μέγιστη παραγωγή σχεδόν ταυτίζεται με τη μεσημεριανή αιχμή. Η αιολική ενέργεια ενέργεια έχει με διαφορά το μεγαλύτερο διαθέσιμο δυναμικό, χρειάζεται όμως ανάλογες ποσότητες εφεδρείας καθότι η έντονη μεταβλητότητα στη παραγωγή ενέργειας και η περιορισμένη προβλεψιμότητα τη καθιστούν μη κατανεμόμενη. Ίδιο πρόβλημα παρουσιάζεται και με τα φωτοβολταϊκά, αλλά σε σημαντικά μικρότερο βαθμό. Ένα δεύτερο τρόπο για να αξιοποιήσουμε τον ήλιο, αποτελούν οι ηλιοθερμικοί σταθμοί που συνήθως είναι κατανεμόμενοι με τη παρουσία συστήματος αποθήκευσης ενέργειας. Πρόκειται όμως για πολύ μεγάλες μονάδες παραγωγής για τα δεδομένα των ΑΠΕ που είναι αξιοποιήσιμες μόνο σε συγκεκριμένες περιοχές με υψηλή ευθεία ακτινοβολία. Μια άλλη μορφή πλήρως ελεγχόμενη, είναι η γεωθερμική ενέργεια που συχνά αποτελεί και σταθμό βάσης αν είναι βέβαια διαθέσιμο το ανάλογο δυναμικό. Ελεγχόμενες ΑΠΕ είναι ακόμη οι μονάδες που χρησιμοποιούν βιοκαύσιμα ή παράγουν ενέργεια από απορρίμματα των οποίων οι πόροι αυξάνονται κατά τη διάρκεια της τουριστικής περιόδου. Τέλος, η υδροηλεκτρική ενέργεια έχει τις πιο χρήσιμες εφαρμογές για τη λειτουργία του Δικτύου καθότι με τη γρήγορη απόκριση των υδροστροβίλων αποκαθιστά τις αυξομειώσεις του φορτίου και είναι μακράν η πιο οικονομική μέθοδος αποθήκευσης μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας. Εντούτοις, πολύ σημαντικό περιορισμό αποτελεί η γεωμορφολογία του νησιού καθώς στις περισσότερες των περιπτώσεων δεν ευνοεί τη κατασκευή υδραντλητικών σταθμών. Εν κατακλείδι, τα φωτοβολταϊκά και οι ανεμογεννήτριες συγκροτούν με διαφορά το μεγαλύτερο μερίδιο από τις ΑΠΕ εφόσον έχουν συνεχώς διαθέσιμο δυναμικό, μειούμενα κόστη και δε παρουσιάζουν γεωμορφολογικούς περιορισμούς. Στόχος μας είναι να περιορίσουμε τις επιπτώσεις της μεταβλητότητας και της διακοπτικότητάς τους, να αντιμετωπίσουμε τους περιορισμούς του υφιστάμενου συστήματος παραγωγής και διανομής όπως και την ευαίσθητη φύση του Δικτύου προκειμένου να εντάξουμε επιτυχώς ακόμη περισσότερες ΑΠΕ. Στο κυρίως κομμάτι της συγκεκριμένης εργασίας αναλύονται εκτενέστερα οι προκλήσεις που έχουμε να αντιμετωπίσουμε και ταυτόχρονα προτείνονται λύσεις για την επίτευξη του βασικού στόχου που είναι η βέλτιστη εκμετάλλευση των ανανεώσιμων πόρων. Στην πρώτη ενότητα παρατίθενται οι βασικές αρχές διαχείρισης ενός ΜΔΝ ενώ στη δεύτερη αναλύονται τα έξυπνα Δίκτυα και η ενεργός διαχείριση του Δικτύου Διανομής. Στο τρίτο κεφάλαιο, γίνονται προτάσεις για την αποτελεσματικότερη λειτουργία των συστημάτων ΜΔΝ με ταυτόχρονη προσπάθεια για δημιουργία ενός ανταγωνιστικότερου πλαισίου λειτουργίας με απώτερο στόχο τη βελτίωση των υπηρεσιών και τη μείωση του κόστους παραγωγής ενέργειας. Εν συνεχεία, καθορίζονται οι τεχνικές προδιαγραφές που πρέπει να πληρούν οι ΑΠΕ και οι συμβατικές μονάδες παραγωγής και γίνονται προτάσεις για την αξιοποίηση νέου δυναμικού. Στο πέμπτο κεφάλαιο αναλύουμε τους διαθέσιμους τρόπους και τη προοπτική που παρουσιάζει η Διαχείριση της Ζήτησης για να συνδράμει στη ρύθμιση συχνότητας, στη μείωση του κόστους και των ωρών λειτουργίας των αιχμιακών μονάδων καθώς και στην αναβολή επενδύσεων ισχύος. Παρακάτω, αναλύεται το πρόγραμμα του ενεργειακού 6

7 συμψηφισμού και στο έβδομο κεφάλαιο γίνεται αναλυτική περιγραφή όλων των διαθέσιμων μέσων αποθήκευσης ενέργειας με τα πλεονεκτήματα που προσφέρει το καθένα τόσο στην εύρυθμη λειτουργία του Δικτύου όσο και στη βέλτιστη ενσωμάτωση της ηλιακής και αιολικής κυρίως ενέργειας. Τέλος, αναλύεται η προοπτική που έχουν τα ηλεκτρικά οχήματα συνδεόμενα στο Δίκτυο να συμβάλλουν στη κάλυψη Επικουρικών Υπηρεσιών και στην περαιτέρω διείσδυση των ΑΠΕ. 7

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΑΡΧΕΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΗ ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΩΝ ΝΗΣΙΩΝ Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των αυτόνομων νησιωτικών Δικτύων που αναφέρθηκαν προηγουμένως, σε συνδυασμό με την ανάγκη για βέλτιστη αξιοποίηση του ανανεώσιμου δυναμικού τους και ταυτόχρονη μείωση της εξάρτησης από τα ρυπογόνα ορυκτά καύσιμα, καθιστούν απαραίτητη τη διαχείρισή τους υπό το πλαίσιο συγκεκριμένων κανόνων λειτουργίας. Ένας Κώδικας διαχείρισης που έχει ως στόχο την ομαλή, απρόσκοπτη, ποιοτική και οικονομική τροφοδότηση όλων των καταναλωτών, σεβόμενος τις ιδιαιτερότητες των Μη Διασυνδεδεμένων Νησιών είτε αυτά αποτελούν αυτόνομο κράτος είτε κομμάτι ηπειρωτικής χώρας, καθίσταται αναγκαίος. Στόχος του παρόντος κεφαλαίου αποτελεί ο σχολιασμός των πιο σημαντικών θεμάτων που πρέπει να προβλέπονται και να διασαφηνίζονται από τις διατάξεις κάθε τέτοιου Κώδικα ώστε να επιτυγχάνεται η εύρυθμη και αξιόπιστη λειτουργία του αντίστοιχου αυτόνομου ηλεκτρικού Δικτύου. 1.1 Γενικές διατάξεις Αρχικά, θα πρέπει να ορίζονται σαφώς οι υποχρεώσεις του Διαχειριστή Μη Διασυνδεδεμένων Νησιών (εφεξής ΜΔΝ) καθώς και όλων των Συμμετεχόντων στην Αγορά ΜΔΝ με στόχο την ομαλή λειτουργία και την αποφυγή διενέξεων. Επειδή όμως είναι φυσικό κάποια στιγμή να προκύψουν διαφωνίες μεταξύ του Διαχειριστή ΜΔΝ και των Συμμετεχόντων ή μεταξύ των, πρέπει να προβλέπεται και η ανάλογη διαδικασία για την ομαλότερη επίλυσή τους. Πέραν του Κώδικα ΜΔΝ, είναι απαραίτητα και τα Εγχειρίδια Εφαρμογής που περιλαμβάνουν τις αναγκαίες μεθοδολογίες υπολογισμών και τη ρύθμιση ειδικότερων τεχνικών και διαδικαστικών θεμάτων εφαρμογής. Η εκάστοτε Ρυθμιστική Αρχή Ενέργειας (ΡΑΕ) εποπτεύει την εφαρμογή του Κώδικα ΜΔΝ ενώ προβλέπεται κατάλληλη διαδικασία για την τροποποίησή του ώστε να ανταποκρίνεται όσο το δυνατόν καλύτερα στις ανάγκες των καταναλωτών και τις εξελίξεις της τεχνολογίας. 1.2 Εποπτεία διαχείρισης συστημάτων ΜΔΝ - Κέντρα ελέγχου ενέργειας Το συγκεκριμένο τμήμα του Κώδικα είναι πολύ σημαντικό, διότι σε αυτό περιγράφονται οι βασικοί μηχανισμοί για τη σωστή οργάνωση και διαχείριση του Δικτύου ΜΔΝ. Προϋποθέσεις συμμετοχής στην Αγορά - Εγγυήσεις: Για τη συμμετοχή των Εκπροσώπων Φορτίου στην Αγορά ΜΔΝ προτείνεται διαδικασία που προβλέπει κατ' ελάχιστο τη δήλωση των φορτίων-καταχωρημένων Μετρητών που εξυπηρετεί και τη καταβολή των ανάλογων Εγγυήσεων σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα. Ενδεικτικά, οι Εγγυήσεις που καταβάλλονται αφορούν το κόστος ενέργειας, το Μηχανισμό Διασφάλισης Επαρκούς Ισχύος και το Χρηματοοικονομικό Κόστος Κάλυψης. Τα ποσά αυτά υπολογίζονται από το Διαχειριστή ΜΔΝ με κατάλληλη μεθοδολογία και δύναται να προσαρμοστούν σε περίπτωση αλλαγής των φορτίων ή μεταβολής της εκτιμώμενης ενέργειας και ισχύος από πλευράς Εκπροσώπου Φορτίου. Τήρηση Αρχείων: Η τήρηση αρχείων αποτελεί σημαντικό κομμάτι της εύρυθμης λειτουργίας του Δικτύου. Ο Διαχειριστής ΜΔΝ συγκεντρώνει όλα τα απαραίτητα 8

9 στοιχεία και δεδομένα όπως και τους περιορισμούς που λαμβάνονται υπόψη για την επίλυση του Κυλιόμενου Ημερήσιου Ενεργειακού Προγραμματισμού (ΚΗΕΠ), τη διαδικασία έκδοσης Εντολών Κατανομής, αποδεικτικά του περιεχομένου τους και λήψης αυτών από τους Συμμετέχοντες στον ΚΗΕΠ καθώς και τα δεδομένα και τις παραμέτρους που χρησιμοποιούνται για τη Πρόβλεψη Φορτίου, τη παραγωγή από ΑΠΕ και τις ανάγκες εφεδρειών ενεργού ισχύος. Διατηρούνται επίσης αρχεία δεδομένων που βοηθούν στην Εκκαθάρισης της Αγοράς ΜΔΝ, στη παρακολούθηση των Λογιστικών Λογαριασμών και των κινήσεών τους όπως και αρχεία για τις πληρωμές που γίνονται προς τις συμβατικές μονάδες και το μέσο και μέγιστο μεταβλητό κόστος παραγωγής ανά Περίοδο Κατανομής. Από τη πλευρά τους και οι Παραγωγοί μονάδων ΑΠΕ και ΣΗΘΥΑ διατηρούν αρχεία σχετικά με την ωριαία παραγωγή ενέργειας, τη συνολική ενέργεια, τις Εντολές Κατανομής που δέχτηκαν και το συντελεστή μη διαθεσιμότητας των μονάδων τους. Στη περίπτωση των Υβριδικών Σταθμών καλό είναι να δημιουργούνται ξεχωριστά αρχεία για τις ελεγχόμενες μονάδες και τις μονάδες ΑΠΕ. Όλα τα παραπάνω, διατηρούνται για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα ώστε να μπορούν να επαληθεύονται οι διάφοροι υπολογισμοί και να έχουν πρόσβαση σε αυτά τα ενδιαφερόμενα μέρη. Τήρηση Μητρώων από το Διαχειριστή ΜΔΝ: Στο Κώδικα ΜΔΝ πρέπει να διευκρινίζεται ποια είναι τα απαραίτητα στοιχεία που θα προσκομίσουν οι ενδιαφερόμενοι ώστε να εγγραφούν στα Μητρώα Παραγωγών, Μονάδων και Εκπροσώπων Φορτίων. Τα Μητρώα αυτά είναι απαραίτητα για την ομαλή λειτουργία του Δικτύου και ο Διαχειριστής ΜΔΝ πρέπει να ενημερώνεται για κάθε αλλαγή που προκύπτει. Πληροφοριακό Σύστημα ΜΔΝ: Ο Διαχειριστής ΜΔΝ είναι υπεύθυνος για την εγκατάσταση, λειτουργία και συντήρηση του Πληροφοριακού Συστήματος. Περιλαμβάνει όλα τα υποσυστήματα με τα οποία έρχεται εις πέρας η λειτουργία του Δικτύου από το Σύστημα Υποβολής Δηλώσεων στον ΚΗΕΠ, την Επίλυση του ΚΗΕΠ και του Προγράμματος Κατανομής μέχρι και το Σύστημα Διαχείρισης Μητρώων, Εκκαθάρισης της Αγοράς ΜΔΝ και παρακολούθησης των Λογιστικών Λογαριασμών. Η αδιάλειπτη λειτουργία και υψηλή αξιοπιστία του Πληροφοριακού Συστήματος αποτελεί προτεραιότητα καθώς μέσω αυτού διενεργείται η απαραίτητη επικοινωνία μεταξύ του Διαχειριστή και των Συμμετεχόντων στην Αγορά ΜΔΝ. Προς αυτή τη κατεύθυνση, ο Διαχειριστής οφείλει να καθοδηγεί και να συμβουλεύει τους Συμμετέχοντες για την ορθή χρήση του Πληροφοριακού Συστήματος και να δίνει οδηγίες για τη προμήθεια κατάλληλου και συμβατού τερματικού εξοπλισμού. Κέντρα Ελέγχου Ενέργειας ΜΔΝ (ΚΕΕ ΜΔΝ): Μέσω των ΚΕΕ πραγματοποιούνται όλες οι απαραίτητες διαδικασίες για το προγραμματισμό και τη διαχείριση του ηλεκτρικού συστήματος. Διακρίνονται στο Κεντρικό ΚΕΕ και στα Τοπικά ΚΕΕ των οποίων ο αριθμός και η διάρθρωση εξαρτώνται από το μέγεθος του συστήματος ΜΔΝ το οποίο εξυπηρετούν. Βασικό χαρακτηριστικό για τη κατηγοριοποίηση του σε μεγάλο ή μεσαίου και μικρού μεγέθους αποτελεί το πλήθος των συμβατικών μονάδων παραγωγής και η ύπαρξη ή μη Δικτύου υψηλής τάσης. Το Κεντρικό ΚΕΕ αποτελείται τουλάχιστον από το Κεντρικό Πληροφοριακό Σύστημα με όλες τις αρμοδιότητες που αναφέρθηκαν στην προηγούμενη παράγραφο και από το σύστημα τηλεμέτρησης των μονάδων παραγωγής το οποίο φροντίζει για τη συγκέντρωση, επεξεργασία, επαλήθευση και προώθηση σε άλλα υποσυστήματα στοιχείων και μετρητικών δεδομένων. Στη περίπτωση που το μέγεθος του συστήματος ΜΔΝ προκρίνει τη δημιουργία Τοπικού ΚΕΕ, αυτό επιφορτίζεται με το σύστημα εποπτείας, ελέγχου και συλλογής δεδομένων (SCADA), με την εφαρμογή του ΚΗΕΠ και του Προγράμματος Κατανομής, με το σύστημα Αυτομάτου Ρύθμισης της Παραγωγής (AGC) που υλοποιεί ρύθμιση φορτίου-συχνότητας, οικονομική κατανομή φορτίου σε πραγματικό χρόνο, παρακολούθηση και ανακατανομή των 9

10 εφεδρειών, έλεγχο τάσης και κατανομής άεργου ισχύος στο σύστημα καθώς και όλες τις απαραίτητες λειτουργίες που διασφαλίζουν την ομαλή και αξιόπιστη λειτουργία του Δικτύου στο χώρο ευθύνης του Τοπικού ΚΕΕ. Πληροφόρηση: Στο Κώδικα ΜΔΝ πρέπει να διευκρινίζεται ποιες πληροφορίες θα δημοσιοποιεί ο Διαχειριστής ΜΔΝ στα πλαίσια της διαφανούς λειτουργίας του Δικτύου. Καλό είναι να υπάρχει συγκεκριμένη διαδικασία χορήγησης εγγράφων και διαβάθμισης αυτών ώστε να τηρείται η αρχή της εχεμύθειας και να αποτρέπεται η διαρροή πληροφοριών που δύναται να δημιουργήσουν ανταγωνιστικό πλεονέκτημα. Δείκτες Ποιότητας: Ο Κώδικας ΜΔΝ μπορεί να προβλέπει τη χρησιμοποίηση διαφόρων δεικτών ποιότητας για να παρακολουθεί το επίπεδο των παρεχόμενων υπηρεσιών από το Διαχειριστή ΜΔΝ. Ενδεικτικά, μπορεί να χρησιμοποιούνται δείκτες για τη μείωση του μεταβλητού κόστους παραγωγής συμβατικών μονάδων, για την επάρκεια ηλεκτροδότησης και τη διείσδυση ΑΠΕ. Προγράμματα Εφαρμοσμένης Έρευνας και Τεχνολογίας: Προτείνεται η πιλοτική εφαρμογή νέων τεχνολογιών μικρής κλίμακας που έχουν ως στόχο τη διερεύνηση και τη ποσοτικοποίηση του οφέλους που μπορεί να προκύψει από την εφαρμογή ευρείας κλίμακας. Καθοριστικό ρόλο για την επιτυχία τους θα διαδραματίσουν παράγοντες όπως η βελτίωση των παρεχόμενων υπηρεσιών, η βελτίωση της λειτουργίας του Δικτύου, η μεγιστοποίηση της διείσδυσης των ΑΠΕ και το προσδοκώμενο οικονομικό όφελος για τους καταναλωτές. Συνεπώς, ο Κώδικας ΜΔΝ πρέπει να προβλέπει τη διαδικασία έγκρισης και χρηματοδότησης αυτών των προγραμμάτων. Ανωτέρα Βία και Έκτακτες Καταστάσεις: Περιστατικά εμφάνισης φυσικών καταστροφών, αδυναμίας επικοινωνίας μεταξύ του Διαχειριστή, των Παραγωγών και των Συμμετεχόντων, εκτεταμένων βλαβών σε νευραλγικές μονάδες παραγωγής και σημείων του συστήματος μεταφοράς ενέργειας ή οποιαδήποτε άλλη κατάσταση που εμποδίζει την εφαρμογή των διατάξεων του Κώδικα και δε μπορούσε να προβλεφθεί ή προληφθεί, χαρακτηρίζονται ως έκτακτες καταστάσεις. Στη περίπτωση αυτή πρέπει να υπάρξει τάχιστη ενημέρωση για τη μη δυνατότητα τήρησης των συμφωνημένων υποχρεώσεων και ο Κώδικας οφείλει να προβλέπει κατάλληλη διαδικασία και λήψη μέτρων για τη ταχύτερη και οικονομικότερη αντιμετώπιση των προβλημάτων που εμποδίζουν την ομαλή λειτουργία του Δικτύου. Συμβάσεις Συμμετοχής στην Αγορά ΜΔΝ: Για να μπορούν οι Παραγωγοί και οι Εκπρόσωποι Φορτίου να συμμετέχουν στην Αγορά ΜΔΝ και να λαμβάνουν πληρωμές ή να εξοφλούν τις χρεώσεις που τους αναλογούν, οφείλουν να συνάψουν με το Διαχειριστή ΜΔΝ κατάλληλη σύμβαση συμμετοχής, το λεπτομερές περιεχόμενο της οποίας πρέπει να διασαφηνίζεται από το Κώδικα. Διαχείριση Μετρητών και Μετρήσεων: Σε ένα σύγχρονο ηλεκτρικό Δίκτυο ΜΔΝ υπάρχει πληθώρα μετρητών που παρέχουν στο Διαχειριστή όλες τις απαραίτητες μετρήσεις για την ορθή λειτουργία του. Στο πλαίσιο αυτό, ο Διαχειριστής αντιστοιχεί τους μετρητές στους Εκπροσώπους Φορτίου, τηρεί αρχεία μετρήσεων και δεδομένων, αρχείο ελέγχων και δοκιμών και μεριμνά για το συγχρονισμό των μετρητών. Από τη πλευρά τους οι Παραγωγοί φροντίζουν για την ασφάλεια και συντήρηση τους και μεριμνούν για την εγκατάσταση της τηλεπικοινωνιακής σύνδεσής τους. Ο Κώδικας δύναται να προβλέπει ειδικές ρυθμίσεις και προδιαγραφές για μετρητές μεγαλύτερων μονάδων όπως καταγραφή της έγχυσης πραγματικού και άεργου ισχύος και δυνατότητα τηλεμετάδοσης των μετρήσεων. 10

11 1.3 Τεχνικά χαρακτηριστικά μονάδων και ηλεκτρικών συστημάτων - Σύνδεση Παραγωγών στο Δίκτυο Βασικά Τεχνικά Χαρακτηριστικά Συστημάτων ΜΔΝ: Σημαντικά στοιχεία που πρέπει να διευκρινίζονται σαφώς από τον Κώδικα ΜΔΝ αποτελούν τα επίπεδα τάσης του συστήματος ΜΔΝ και οι επιτρεπτές αποκλίσεις σε κάθε επίπεδο. Παρομοίως, γίνεται σαφής αναφορά για την ονομαστική τιμή της συχνότητας και τις επιτρεπτές αποκλίσεις ανάλογα με τη διάρκειά τους καθώς και για την ισχύ βραχυκύκλωσης που πρέπει να αντέχει ο εξοπλισμός ανάλογα με το επίπεδο τάσης του Δικτύου και αν είναι υπόγειο ή εναέριο. Σε ειδικές περιπτώσεις, ο Διαχειριστής ΜΔΝ δύναται να προβλέπει εξοπλισμό μεγαλύτερης αντοχής σε βραχυκυκλώματα. Σημαντικό κομμάτι του Κώδικα επίσης, πρέπει να αποτελούν οι λεπτομερείς οδηγίες για τους τύπους γειώσεων και των μέτρων προστασίας που θα λαμβάνουν υποχρεωτικά τόσο ο Διαχειριστής όσο και οι Παραγωγοί για τη προστασία του εξοπλισμού και των εγκαταστάσεων παραγωγής. Τέλος, για την ομαλή και αξιόπιστη λειτουργία του Δικτύου και την αποφυγή λαθών, προβλέπεται επιπρόσθετος εξοπλισμός που φροντίζει για τη παροχή των κατάλληλων σημάτων και ενδείξεων από τις εγκαταστάσεις παραγωγής και τα μηχανήματα που επιθυμεί ο Διαχειριστής, οι ενδεδειγμένοι τρόποι επικοινωνίας ενώ ο τελευταίος είναι υπεύθυνος για το ταυτοχρονισμό των ρολογιών και των συσκευών του Δικτύου. Τεχνοοικονομικά Χαρακτηριστικά Μονάδων: Οι μονάδες παραγωγής που συνδέονται στο Δίκτυο ΜΔΝ διακρίνονται με βάση τη δυνατότητα ελέγχου της παραγωγής τους σε κατανεμόμενες - πλήρως ελεγχόμενες μονάδες (συμβατικές, ΑΠΕ, ΣΗΘΥΑ, Υβριδικοί Σταθμοί), σε κατανεμόμενες - μερικώς ελεγχόμενες μονάδες (ΑΠΕ, ΣΗΘΥΑ) και σε μη κατανεμόμενες - μη ελεγχόμενες μονάδες (ΑΠΕ, ΣΗΘΥΑ). Ο διαχωρισμός αυτός είναι απαραίτητος διότι παίζει καθοριστικό ρόλο στην επίλυση του ΚΗΕΠ και των Προγραμμάτων Κατανομής καθώς και στο ποιες Επικουρικές Υπηρεσίες μπορεί να αναλάβει η κάθε μονάδα. Με βάση τη τεχνολογία τους οι συμβατικές μονάδες διακρίνονται σε Ατμοστροβιλικές Μονάδες Παραγωγής (ΑΤΜ), σε Αεριοστροβιλικές Μονάδες Παραγωγής (ΑΣ), σε Μονάδες Συνδυασμένου Κύκλου (ΣΚ) και σε Μονάδες Εσωτερικής Καύσης (ΜΕΚ). Οι ΑΠΕ και ΣΗΘΥΑ διακρίνονται στις αντίστοιχες τεχνολογίες που προβλέπονται, ενώ ένας επιπλέον διαχωρισμός για τους Υβριδικούς και Ηλιοθερμικούς Σταθμούς αφορά την αποθηκευτική ικανότητα των συστημάτων τους σε ισοδύναμες ώρες λειτουργίας. Ο Κώδικας ΜΔΝ οφείλει να προβλέπει τα τεχνικά χαρακτηριστικά που πρέπει να πληρούν οι ελεγχόμενες (πλήρως και μερικώς) μονάδες ανά τεχνολογία συμβατικών, ΑΠΕ και ΣΗΘΥΑ, (ρυθμός ανόδου και καθόδου, τεχνικά ελάχιστη παραγωγή, ελάχιστος χρόνος κράτησης, φορτίο κατά το συγχρονισμό, χρόνος για το συγχρονισμό κ.α.), τη δυνατότητα των μονάδων για παροχή άεργου ισχύος και στήριξη της τάσης του συστήματος ΜΔΝ, ύπαρξη ρυθμιστή στροφών για απόκριση συχνότητας, κατάλληλου μετασχηματιστή με σύστημα αλλαγής τάσης υπό φορτίο όπως και σύστημα προστασίας με χρόνο εκκαθάρισης σφάλματος που θα προσδιορίζεται από το Διαχειριστή ΜΔΝ βάσει των τοπικών συνθηκών του Δικτύου. Όσον αφορά τις λειτουργικές απαιτήσεις των μονάδων αυτών, πρέπει να μπορούν να λειτουργούν σε αποκλίσεις της συχνότητας για συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα, να παρέχουν άεργο ισχύ σε διακυμάνσεις τάσης, να παραμένουν συγχρονισμένες κατά τη διάρκεια συγκεκριμένων σφαλμάτων, να συμμετέχουν στη πρωτεύουσα και δευτερεύουσα εφεδρεία και όποιες άλλες απαιτήσεις δύναται να προσδιορίσει ο Κώδικας ΜΔΝ. Τέλος, αναφέρονται οι τεχνικές προδιαγραφές των συστημάτων αποθήκευσης και οι ειδικές τεχνικές απαιτήσεις σχεδιασμού και λειτουργίας των μη ελεγχόμενων μονάδων ΑΠΕ, κάτι που θα μας απασχολήσει εκτενώς σε επόμενο κεφάλαιο. Κάθε μονάδα που θέλει να συμμετέχει στην Αγορά ΜΔΝ υποχρεούται να 11

12 υποβάλλει στο Διαχειριστή δήλωση τεχνοοικονομικών στοιχείων σύμφωνα με τη προβλεπόμενη διαδικασία και να την αναθεωρεί κάθε φορά που αλλάζει κάποιο στοιχείο της δήλωσης. Καλό είναι να προβλέπεται ανάλογη διαδικασία και στην περίπτωση απόκλισης της μονάδας από τα δηλωθέντα τεχνοοικονομικά στοιχεία για τεχνικούς λόγους. Σύνδεση Παραγωγών στο Δίκτυο: Προκειμένου ένας Παραγωγός να συνδεθεί στο Δίκτυο και να συμμετέχει στην Αγορά ΜΔΝ κατά τα προβλεπόμενα, υποβάλλει Αίτηση Σύνδεσης προς το Διαχειριστή το λεπτομερές περιεχόμενο της οποίας πρέπει να διευκρινίζεται από το εφαρμοζόμενο Κώδικα. Με κατάλληλο αίτημα λαμβάνει όλα τα διαθέσιμα στοιχεία για τη λειτουργία και τη προβλεπόμενη ανάπτυξη του συστήματος ΜΔΝ ώστε να μελετήσει τις δυνατότητες σύνδεσης της εγκατάστασής του. Στη συνέχεια, ο Διαχειριστής δύναται να απορρίψει την αίτηση αν υπάρχει πρόβλημα χωρητικότητας στο Δίκτυο ή διακυβεύεται η αξιοπιστία του, σε διαφορετική περίπτωση όμως προχωρά στη κατάρτιση της Προσφοράς Σύνδεσης παίρνοντας υπόψη του αν απαιτούνται έργα ενίσχυσης του Δικτύου ή αν η σύνδεση θα υλοποιηθεί σε κόμβο του υφιστάμενου δικτύου υψηλής τάσης ή σε ενδιάμεσο σημείο υφιστάμενης γραμμής μεταφοράς. Το κόστος των έργων σύνδεσης που απαιτούνται βαραίνει το Παραγωγό, μπορεί όμως να επιμεριστεί σε περίπτωση που συνδεθούν στο ίδιο σημείο και άλλοι Παραγωγοί είτε εκείνη τη χρονική περίοδο, είτε στο μέλλον. Για να λειτουργήσει η μονάδα παραγωγής παράλληλα με το Δίκτυο ΜΔΝ απαιτείται πρώτα να συναφθεί Σύμβαση Σύνδεσης το λεπτομερές περιεχόμενο της οποίας καθορίζεται από τον εφαρμοζόμενο Κώδικα. Τέλος, πριν την εμπορική λειτουργία της μονάδας προηγείται έλεγχος και δοκιμαστική λειτουργία όπου ο Διαχειριστής επιθεωρεί τα έργα σύνδεσης και τον εξοπλισμό και κατόπιν υπό τάση εξετάζει αν η μονάδα παραγωγής έχει κατασκευαστεί και λειτουργεί σύμφωνα με τις προδιαγραφές και τα τεχνοοικονομικά χαρακτηριστικά που έχουν δηλωθεί. 1.4 Κυλιόμενος Ημερήσιος Ενεργειακός Προγραμματισμός και Διαδικασία Κατανομής Σκοπός του Ημερήσιου Κυλιόμενου Ενεργειακού Προγραμματισμού (ΚΗΕΠ) είναι ο προσδιορισμός σε καθημερινή βάση της ένταξης και παραγωγής ενέργειας των μονάδων για τη κάλυψη της ηλεκτρικής ζήτησης λαμβάνοντας υπόψη την ασφάλεια και τους λειτουργικούς κανόνες του συστήματος. Στα πλαίσια διεξαγωγής του ΚΗΕΠ υποβάλλονται Δηλώσεις Φορτίου, Δηλώσεις Παραγωγής, Δηλώσεις Διαθεσιμότητας και Μη Διαθεσιμότητας από τις μονάδες και τηρείται αυστηρό χρονοδιάγραμμα. Επιπλέον, διενεργείται Πρόβλεψη Φορτίου και Πρόβλεψη Παραγωγής από μη κατανεμόμενες ΑΠΕ, που επηρεάζονται κυρίως από τα ιστορικά στοιχεία και τις καιρικές συνθήκες. Λόγω της απρόβλεπτης διακύμανσης του φορτίου, απρόσμενων βλαβών στις μονάδες παραγωγής ή στο Δίκτυο Μεταφοράς και της μεταβαλλόμενης ενέργειας των ΑΠΕ προβλέπονται εφεδρείες ενεργού ισχύος για την ασφαλή λειτουργία του συστήματος ΜΔΝ. Για να υπολογίσει ο Διαχειριστής τα παραπάνω δεδομένα με τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια, καθότι επηρεάζουν καθοριστικά τη διαδικασία του ΚΗΕΠ, εφαρμόζει αξιόπιστες και δόκιμες επιστημονικές μεθοδολογίες. Επίλυση ΚΗΕΠ: Για την επίλυση του Ημερήσιου Προγράμματος λαμβάνονται υπόψη δεδομένα όπως οι αποδεκτές Δηλώσεις Παραγωγής, η Πρόβλεψη Φορτίου και Παραγωγής από μη κατανεμόμενες ΑΠΕ, η διαθεσιμότητα των μονάδων παραγωγής, οι οικονομικοί παράμετροι των κατανεμόμενων μονάδων συμβατικού καυσίμου και η πρότερη κατάσταση των μονάδων που πρόκειται να λειτουργήσουν την πρώτη ώρα της Ημέρας Κατανομής. Οι απαιτήσεις για κάλυψη του Ισοζυγίου Ενέργειας και των 12

13 εφεδρειών ενεργού ισχύος όπως και οι τεχνικοί περιορισμοί των μονάδων (τεχνικά ελάχιστη και μέγιστη παραγωγή, ρυθμοί μεταβολής κ.α.) και του Δικτύου για τη ροή ενέργειας συμβάλλουν καθοριστικά στη διαμόρφωση του Ημερήσιου Προγράμματος. Η μεθοδολογία επίλυσης του ΚΗΕΠ λαμβάνει υπόψη τα παραπάνω δεδομένα και περιορισμούς ενώ τα αποτελέσματά της προσδιορίζουν ποιες μονάδες θα λειτουργούν κάθε ώρα και πόση ενέργεια αναμένεται να παράγουν. Βασική προτεραιότητα αποτελεί η πλήρης απορρόφηση της ενέργειας που προσφέρεται από μονάδες ΑΠΕ, ΣΗΘΥΑ και Υβριδικούς Σταθμούς και η ελαχιστοποίηση του συνολικού κόστους λειτουργίας των συμβατικών μονάδων. Σε περίπτωση που δε μπορεί να απορροφηθεί όλη η παραπάνω ενέργεια, αίρεται ο συγκεκριμένος περιορισμός ενώ στη περίπτωση αδυναμίας κάλυψης του Ισοζυγίου Ενέργειας, ο Διαχειριστής θα προβεί σε Περικοπή Φορτίου. Διαδικασία Κατανομής: Αντικείμενο της Διαδικασίας Κατανομής είναι ο προγραμματισμός της λειτουργίας των κατανεμόμενων μονάδων και η διαχείριση του συστήματος ΜΔΝ για την έγχυση ενέργειας των μη κατανεμόμενων ΑΠΕ και ΣΗΘΥΑ. Ταυτόχρονα, επιδιώκεται η απορρόφηση ενέργειας να πραγματοποιείται διασφαλίζοντας την αξιόπιστη λειτουργία του Δικτύου, την αντιμετώπιση απρόβλεπτων περιστατικών, τη ποιοτική τροφοδότηση των καταναλωτών, την ελαχιστοποίηση του συνολικού κόστους και τη μεγιστοποίηση της απορροφώμενης ενέργειας από ΑΠΕ, και όλα αυτά σε πραγματικό χρόνο. Στα πλαίσια της Διαδικασίας Κατανομής, ο Διαχειριστής ενημερώνεται από τους χρήστες του Δικτύου ΜΔΝ για οποιαδήποτε αλλαγή προκύψει, συλλέγει τις απαραίτητες πληροφορίες για τη διαθεσιμότητα των μονάδων και τη λειτουργική κατάσταση του συστήματος, επικαιροποιεί τις προβλέψεις για το φορτίο, τη παραγωγή από μη κατανεμόμενες ΑΠΕ και τις ανάγκες εφεδρείας ενεργού ισχύος και έπειτα καταρτίζει το πρόγραμμα και εκδίδει τις Εντολές Κατανομής. Οι Παραγωγοί είναι υποχρεωμένοι να συμμορφώνονται με τις παραπάνω εντολές και προβλέπονται συγκεκριμένα χρονικά περιθώρια και ποσοστά αποκλίσεων από το Κώδικα ώστε να επιβεβαιώνεται η εφαρμογή της εντολής. Σε περίπτωση που τεχνικοί λόγοι εμποδίζουν τη τήρησή τους, ενημερώνουν άμεσα το Διαχειριστή, ώστε να προβεί σε έκδοση νέας εντολής. Ο Κώδικας ΜΔΝ θα πρέπει ακόμη να διευκρινίζει κάθε πότε θα καταρτίζεται το Πρόγραμμα Κατανομής και ποιoς είναι ο χρονικός ορίζοντας που θα αφορά η επίλυσή του. Τα αποτελέσματα και η μεθοδολογία επίλυσης είναι ίδια με αυτή του ΚΗΕΠ που περιγράφηκε παραπάνω, με επιπλέον στόχο την ελάχιστη δυνατή απόκλιση από τον προγραμματισμό σχετικά με την ένταξη και λειτουργία των κατανεμόμενων μονάδων. Οι Εντολές Κατανομής μπορούν να διαφέρουν από το Πρόγραμμα Κατανομής, που συνιστά την αρχική εντολή, ανάλογα με το βαθμό απόκλισης των συνθηκών λειτουργίας του Δικτύου, ενώ μεταγενέστερη εντολή αντικαθιστά την προηγούμενη. Τέλος, με τις Εντολές Κατανομής δε προσδιορίζεται μόνο ο συγχρονισμός / αποσυγχρονισμός και το επίπεδο παραγωγής των κατανεμόμενων μονάδων, αλλά επιπλέον τίθενται περιορισμοί στη παραγωγή των μη ελεγχόμενων μονάδων ΑΠΕ (setpoint), ζητείται προσαρμογή της άεργου ισχύος και λειτουργία με σταθερή τάση εξόδου, σταθερή άεργο ισχύ ή σταθερό συντελεστή ισχύος. Επικουρικές Υπηρεσίες: Η παροχή Επικουρικών Υπηρεσιών είναι πολύ σημαντική για την ασφαλή λειτουργία του συστήματος ΜΔΝ και τη ποιοτική τροφοδότηση των καταναλωτών. Στις υπηρεσίες αυτές περιλαμβάνονται η Εφεδρεία Πρωτεύουσας Ρύθμισης, η Εφεδρεία Δευτερεύουσας Ρύθμισης, η Εφεδρεία Τριτεύουσας Ρύθμισης (στρεφόμενη και μη στρεφόμενη), η Ρύθμιση Τάσης και η Επανεκκίνηση του συστήματος. Ο Διαχειριστής ΜΔΝ είναι υπεύθυνος για το προγραμματισμό και τον έλεγχο παροχής των παραπάνω υπηρεσιών εξετάζοντας τη δυνατότητα των μονάδων να τις παρέχουν και διενεργώντας δοκιμαστικούς ελέγχους. Ο Κώδικας ΜΔΝ οφείλει να διευκρινίζει τα χρονικά περιθώρια αντίδρασης των εφεδρειών ενεργού ισχύος 13

14 καθώς και ποιες μονάδες παρέχουν τις αντίστοιχες υπηρεσίες. Ως είναι λογικό, τη πλειοψηφία των Επικουρικών Υπηρεσιών παρέχουν οι κατανεμόμενες μονάδες σύμφωνα με τα καταχωρημένα τεχνικά χαρακτηριστικά τους. Όμως είναι πολύ σημαντικό να υπάρχει πρόβλεψη για το ποιες υπηρεσίες μπορούν να προσφέρουν οι μη ελεγχόμενες ΑΠΕ καθώς και η συμμετοχή στη Πρωτεύουσα και Δευτερεύουσα Ρύθμιση μονάδων απορρόφησης ενέργειας από το Δίκτυο, Εκπροσώπους Φορτίου και καταναλωτές. Προγραμματισμός Συντηρήσεων και Διαθεσιμότητα Μονάδων Παραγωγής: Για να διατηρούν οι μονάδες παραγωγής τα τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά τους και να διασφαλίζουν αποδεκτά επίπεδα αξιοπιστίας, υπόκεινται σε τακτική συντήρηση. Υπεύθυνος για τη κατάρτιση του προγράμματος είναι ο Διαχειριστής ΜΔΝ, ο οποίος εκδίδει το ετήσιο πρόγραμμα λαμβάνοντας υπόψη του τη διακύμανση του φορτίου ώστε να διασφαλίζει επάρκεια δυναμικού και τις προτάσεις των Παραγωγών. Η εφαρμογή και τήρηση του προγράμματος είναι δεσμευτική για όλους και τροποποιείται μόνο όταν συντρέχουν έκτακτοι τεχνικοί λόγοι. Ο Κώδικας ΜΔΝ οφείλει να προβλέπει λεπτομερώς τη διαδικασία Προγραμματισμού Συντηρήσεων καθώς και την ακολουθούμενη διαδικασία από τους Παραγωγούς σε περίπτωση που για τεχνικούς λόγους αναγκαστούν να δηλώσουν ολική ή μερική Μη Διαθεσιμότητα των μονάδων τους. Περικοπή Φορτίου: Σε περίπτωση που παρατηρηθεί αδυναμία κάλυψης του φορτίου, έντονα προβλήματα υποσυχνότητας, τάσης ή υπερφόρτισης συγκεκριμένων τμημάτων του Δικτύου, ο Διαχειριστής είναι υποχρεωμένος να προβεί σε Περικοπή Φορτίου. Καθότι πρόκειται για μια δυσάρεστη διαδικασία, συνίσταται η δημοσιοποίηση των σχετικών στοιχείων και κυρίως ποιους καταναλωτές αφορά και τη διάρκεια των περικοπών. Προηγούνται καταναλωτές και Εκπρόσωποι Φορτίου με τους οποίους έχει προβλεφθεί κάτι τέτοιο στις σχετικές συμβάσεις ενώ αν αναμένεται παρατεταμένη διάρκεια αδυναμίας κάλυψης του φορτίου, ο Διαχειριστής ΜΔΝ μεριμνά ώστε οι περικοπές να εναλλάσσονται κυκλικά. Οι λεπτομέρειες της συγκεκριμένης διαδικασίας πρέπει να διευκρινίζονται από τον εφαρμοζόμενο Κώδικα ώστε να διασφαλίζεται η ισότιμη μεταχείριση των καταναλωτών. 1.5 Ανάπτυξη συστημάτων - Προγραμματισμός ανάπτυξης ισχύος μονάδων - Μηχανισμός Επάρκειας Ισχύος Το Πρόγραμμα Ανάπτυξης συστημάτων ΜΔΝ περιλαμβάνει το προσδιορισμό του τύπου και του μεγέθους όλων των μονάδων παραγωγής καθώς και των αναγκαίων έργων επέκτασης του Δικτύου που απαιτούνται, ώστε να διασφαλίζεται η απρόσκοπτη τροφοδότηση των καταναλωτών για τα επόμενα χρόνια. Σημαντικοί παράμετροι που πρέπει να ληφθούν υπόψη είναι η ελαχιστοποίηση του κόστους παραγωγής από συμβατικές μονάδες και η μεγιστοποίηση της διείσδυσης των ΑΠΕ. Αφού καθοριστεί από το Κώδικα το ανώτατο όριο ισχύος ανά τεχνολογία συμβατικής μονάδας, λαμβάνεται υπόψη το δυναμικό των ΑΠΕ, ΣΗΘΥΑ και Υβριδικών Σταθμών που συμμετέχουν στο Μηχανισμό Διασφάλισης Επαρκούς Ισχύος πριν παρθεί η απόφαση για είσοδο νέων συμβατικών σταθμών. Προς αυτή τη κατεύθυνση, κάθε μελέτη ανάπτυξης δυναμικού καταρτίζεται συνδυαστικά με τις μελέτες ανάπτυξης σταθμών ΑΠΕ και παρουσιάζονται διαφορετικά σενάρια κατόπιν σχετικής κοστολόγησης. Συνυπολογίζονται επίσης, μέτρα εξοικονόμησης ενέργειας και διαχείρισης της ζήτησης που ήδη εφαρμόζονται ή πρόκειται να προταθούν από το Διαχειριστή καθώς και εκτιμήσεις για τη μελλοντική εξέλιξη και εποχιακή διακύμανση του φορτίου. Τα αυτόνομα νησιωτικά συστήματα σε αντίθεση με τα ηπειρωτικά, δε μπορούν να βασίζονται στις διασυνδέσεις για την αντιμετώπιση προβλημάτων ευστάθειας και απρόσμενων καταστάσεων 14

15 και έτσι μέσω του προγραμματισμού προβλέπεται η εξυπηρέτηση του φορτίου ακόμα και αν αντιμετωπίσει πρόβλημα ο μεγαλύτερος σταθμός παραγωγής (εφεδρεία μεγαλύτερης μονάδας). Το λεπτομερές περιεχόμενο των Προγραμμάτων Ανάπτυξης, το χρονοδιάγραμμα και η πορεία υλοποίησης τους πρέπει να διευκρινίζονται στον εφαρμοζόμενο Κώδικα ΜΔΝ. Σκοπό του Μηχανισμού Διασφάλισης Ισχύος αποτελεί η επάρκεια δυναμικού για το εκάστοτε σύστημα ΜΔΝ, η απόσβεση του κεφαλαίου από τους Παραγωγούς και ο αναλογικός επιμερισμός των δαπανών αυτών στους Εκπροσώπους Φορτίου. Στο μηχανισμό συμμετέχουν οι συμβατικές μονάδες και οι μονάδες ελεγχόμενης παραγωγής των Υβριδικών Σταθμών και το τίμημα που τους αναλογεί εξαρτάται άμεσα από την ισχύ και το δείκτη διαθεσιμότητας. Οι μεθοδολογίες υπολογισμού της αμειβόμενης ισχύος των μονάδων και των χρεώσεων των Εκπροσώπων Φορτίου όπως και οι λοιπές υποχρεώσεις που συνεπάγεται η συμμετοχή στο μηχανισμό πρέπει να προβλέπονται από τις διατάξεις του Κώδικα. 1.6 Υπολογισμός αμοιβών μονάδων παραγωγής Ο υπολογισμός των αμοιβών για τις μονάδες παραγωγής αποτελεί ένα ακόμη σημαντικό κομμάτι που πρέπει να ορίζεται με σαφήνεια από τις διατάξεις του Κώδικα ΜΔΝ. Για όλους τους τύπους μονάδων προβλέπεται αμοιβή για την έγχυση ενέργειας στο σύστημα ΜΔΝ, για την Διαθεσιμότητα Ισχύος, για τη παροχή Επικουρικών Υπηρεσιών ενώ θα πρέπει να λογίζεται και ξεχωριστή αμοιβή για τη κάλυψη Έκτακτων Αναγκών. Όσον αφορά τις Επικουρικές Υπηρεσίες μπορεί να υπάρχει σταθερή τιμή αποζημίωσης για ορισμένες από αυτές, ενώ για άλλες να προβλέπεται αποζημίωση μόνο στη περίπτωση που αποδεδειγμένα οι μονάδες προέβησαν σε περαιτέρω έξοδα για τη παροχή της. Με βάση τη τεχνολογία της μονάδας, τα τεχνικά χαρακτηριστικά της, τη διεθνή βιβλιογραφία, καθιερωμένες μεθοδολογίες αλλά και στοιχεία και μετρήσεις κατασκευαστών, προσδιορίζονται οι μοναδιαίες τιμές αναφοράς βάση των οποίων υπολογίζονται οι προαναφερθείσες αμοιβές. 1.7 Τήρηση Λογαριασμών - Εκκαθαρίσεις Αγοράς ΜΔΝ Απαραίτητη για την εύρυθμη λειτουργία του συστήματος ΜΔΝ καθίσταται η συνεργασία του Διαχειριστή με ένα χρηματοπιστωτικό ίδρυμα ώστε να εκπληρώνονται οι υποχρεώσεις που προκύπτουν από τη συμμετοχή στην Αγορά ΜΔΝ με αντικειμενικές και διαφανείς διαδικασίες. Στα πλαίσια αυτά, ο Διαχειριστής συστήνει και τηρεί μια σειρά Λογιστικών Λογαριασμών, το είδος και το περιεχόμενο των οποίων προβλέπονται από τον Κώδικα. Το χρηματοπιστωτικό ίδρυμα αποτελεί και το Φορέα Εκκαθάρισης ώστε να ισοσκελίζονται οι συναλλαγές σε περίπτωση ελλείμματος και να μην διαταράσσεται η ομαλή λειτουργία της αγοράς. Οι Συμμετέχοντες διατηρούν τραπεζικό λογαριασμό ώστε να πραγματοποιούνται οι πληρωμές ή οι εισπράξεις που τους αναλογούν, κάτι που αποτελεί προϋπόθεση για την εγγραφή τους στο Μητρώο Παραγωγών ή Εκπροσώπων Φορτίου. Για την Εκκαθάριση της Αγοράς ΜΔΝ, τηρώντας τα προβλεπόμενα χρονοδιαγράμματα, διενεργούνται οι διαδικασίες εκκαθάρισης σε μηνιαία και ετήσια βάση και αφορούν την αγορά ενέργειας, τη παροχή Επικουρικών Υπηρεσιών και το Μηχανισμό Διασφάλισης Επαρκούς Ισχύος. Ο τρόπος υπολογισμού των αμοιβών που προκύπτουν για τις μονάδες παραγωγής (συμβατικές, ΑΠΕ, ΣΗΘΥΑ, Υβριδικοί Σταθμοί) και των χρεώσεων που αναλογούν στους Εκπροσώπους Φορτίου για κάθε μηχανισμό περιγράφονται στο Κώδικα. Για την ομαλή λειτουργία της αγοράς πρέπει ακόμη να προβλέπεται διαδικασία επίλυσης των διαφωνιών που ενδέχεται να προκύψουν στα πλαίσια της μηνιαίας ή ετήσιας οριστικής εκκαθάρισης, διαδικασία εκκαθάρισης σε έκτακτες καταστάσεις αλλά και η αναλυτική 15

16 περιγραφή των βημάτων που ακολουθεί ο Διαχειριστής σε περίπτωση που παρουσιαστούν Ελλείμματα Συναλλαγών ώστε να μην επηρεαστεί η προβλεπόμενη διαδικασία. 1.8 Κυρώσεις Ο Διαχειριστής δύναται να επιβάλλει κυρώσεις στους Συμμετέχοντες όταν διαπιστώνει παράβαση των διατάξεων του Κώδικα. Καλό είναι να εμπεριέχεται η αναλυτική περιγραφή των πιθανών παραβάσεων και των προβλεπόμενων κυρώσεων ανά περίπτωση, ώστε να ελαχιστοποιούνται τα περιθώρια παρερμηνειών. Και σε αυτή τη περίπτωση πρέπει να προβλέπεται δικαίωμα ένστασης. 1.9 Διείσδυση ΑΠΕ / ΣΗΘΥΑ και Υβριδικών Σταθμών Οι μονάδες ΑΠΕ, ΣΗΘΥΑ και οι Υβριδικοί Σταθμοί παρουσιάζουν πολλαπλά οφέλη για ένα αυτόνομο νησιωτικό Δίκτυο καθώς παράγουν φτηνή ενέργεια χωρίς να χρησιμοποιούν στις περισσότερες των περιπτώσεων ακριβά και ρυπογόνα καύσιμα, εκμεταλλευόμενες κυρίως το ανανεώσιμο δυναμικό των νησιών. Από τις διάφορες τεχνολογίες ΑΠΕ, εντονότερο ενδιαφέρον λόγω ποσότητας παραγωγής, παρουσιάζουν η ηλιακή και κυρίως η αιολική ενέργεια που όμως χαρακτηρίζονται από περιορισμένη προβλεψιμότητα και διακοπτικότητα καθότι εξαρτώνται από τις καιρικές συνθήκες. Οπότε, για να μη τεθεί σε κίνδυνο η ασφαλής λειτουργία του συστήματος ΜΔΝ, η ένταξη και λειτουργία των παραπάνω μονάδων πρέπει να διέπεται από συγκεκριμένους κανόνες. Αρχικά, στο Κώδικα ΜΔΝ πρέπει να διευκρινίζεται το μέγεθος των μονάδων ΑΠΕ των οποίων η ενέργεια απορροφάται από το σύστημα κατά προτεραιότητα και δεν ελέγχονται από τον Διαχειριστή εφόσον ο έλεγχος τόσο μικρών συστημάτων εισάγει πολυπλοκότητα χωρίς τα αναμενόμενα οφέλη. Στη συνέχεια, αναφέρεται η υποχρέωση του Διαχειριστή να απορροφά ενέργεια πρώτα από τις μονάδες ΑΠΕ, τους Υβριδικούς Σταθμούς και ΣΗΘΥΑ έναντι των συμβατικών σταθμών και επιτρέπονται εξαιρέσεις μόνο στη περίπτωση που παραβιάζονται τεχνικά ελάχιστα συμβατικών μονάδων υποχρεωτικής ένταξης (must-run) ή δεν καλύπτονται διαφορετικά οι απαραίτητες Επικουρικές Υπηρεσίες. Οι εφεδρείες ενεργού ισχύος που είναι απαραίτητες για να αντιμετωπίσουν την αστάθεια των μη κατανεμόμενων ΑΠΕ και ΣΗΘΥΑ, υπολογίζονται από το Διαχειριστή ΜΔΝ βάσει σχετικής μελέτης και φροντίζει να είναι διαθέσιμες κάθε ώρα κατανομής ώστε να μπορούν να εντάσσονται στο σύστημα οι μη ελεγχόμενες μονάδες έως το ποσοστό που προβλέπεται από το συντελεστή εφεδρειών μη κατανεμόμενων μονάδων Cr. Ο συντελεστής Cr υπολογίζεται από το Διαχειριστή ΜΔΝ και εξαρτάται από το μέγεθος του ηλεκτρικού συστήματος, τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των κατανεμόμενων μονάδων, τη διασπορά των ΑΠΕ και τις ιδιαίτερες συνθήκες λειτουργίας του εκάστοτε συστήματος. Για μικρά χρονικά διαστήματα μπορεί να μειώνεται περαιτέρω, σε βαθμό όμως που να μην διαταράσσει την ομαλή λειτουργία. Στη περίπτωση που δε μπορεί να απορροφηθεί πλήρως η ανανεώσιμη ενέργεια για την επίλυση του ΚΗΕΠ ή των Προγραμμάτων Κατανομής πρέπει να προβλέπεται συγκεκριμένη μεθοδολογία, οι βασικοί άξονες της οποίας είναι σε πρώτη φάση η μείωση της παραγωγής των σταθμών ΣΗΘΥΑ στα τεχνικά τους ελάχιστα και αν απαιτούνται απεντάξεις μονάδων, αυτές πραγματοποιούνται κατά σειρά σε ΣΗΘΥΑ και έπειτα στις ελεγχόμενες μονάδες των Υβριδικών Σταθμών και ΑΠΕ που δεν προσφέρουν Επικουρικές Υπηρεσίες. Στις διατάξεις του Κώδικα, πρέπει να συμπεριλαμβάνονται και ειδικοί κανόνες ένταξης και λειτουργίας για τους Υβριδικούς Σταθμούς, τους Ηλιοθερμικούς, τις μονάδες ΣΗΘΥΑ και ΑΠΕ με Αφαλάτωση. Οι πιο σημαντικοί από αυτούς αφορούν τη εγγυημένη ενέργεια στον ΚΗΕΠ, τη διατήρηση συγκεκριμένων εφεδρειών ενεργού ισχύος, το τρόπο προγραμματισμού και λειτουργίας των 16

17 αποθηκευτικών συστημάτων ώστε να εξυπηρετούν τους στόχους του Διαχειριστή και τον τρόπο λειτουργίας και τη προτεραιότητα των ΑΠΕ ίδιας τεχνολογίας σε σχέση με αυτές που αποτελούν τμήμα Υβριδικού Σταθμού. Όσον αφορά τη παροχή Επικουρικών Υπηρεσιών, πρέπει να υπάρχει διευκρίνιση για το ποιες υπηρεσίες είναι υποχρεωμένες να προσφέρουν οι κατανεμόμενες και μη κατανεμόμενες μονάδες και να υπάρχει ειδική πρόβλεψη για τη περίπτωση όπου ο παραγωγός σταθμών μη ελεγχόμενης ενέργειας επιθυμεί να παρέχει επιπρόσθετες υπηρεσίες, εφόσον υπάρχει η τεχνική δυνατότητα. Ο βασικότερος στόχος του Διαχειριστή ΜΔΝ πρέπει να είναι η μεγιστοποίηση της διείσδυσης των ΑΠΕ, ΣΗΘΥΑ και Υβριδικών Σταθμών με τη ταυτόχρονη διασφάλιση της ασφαλούς λειτουργίας του Δικτύου. Συνεπώς, καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται και η μελλοντική ζήτηση του φορτίου μπορεί να επιτάσσει την εγκατάσταση νέου δυναμικού, ο Διαχειριστής υποχρεούται να διεξάγει μελέτες βελτίωσης των κανόνων ένταξης και λειτουργίας των παραπάνω μονάδων προκειμένου να εξερευνηθεί η δυνατότητα μεγαλύτερης συμμετοχής τους στο φορτίο και μελέτες ανάπτυξης δυναμικού ΑΠΕ, ΣΗΘΥΑ και Υβριδικών Σταθμών προκειμένου να αποφευχθεί η ανάπτυξη συμβατικών σταθμών για τη κάλυψη των μελλοντικών αναγκών. Για τη διεξαγωγή των παραπάνω μελετών καταρτίζονται διάφορα σενάρια μείγματος και συνολικής εγκατεστημένης ισχύος, μελετώνται τα τεχνικά χαρακτηριστικά των στοιχείων του Δικτύου και των υφιστάμενων σταθμών παραγωγής και εξετάζεται η λήψη νέων μέτρων και χρήση πρόσθετου εξοπλισμού που μπορούν να αποτρέψουν την ενεργοποίηση λειτουργικών περιορισμών και να οδηγήσουν στην αύξηση του ορίου διείσδυσης των παραπάνω μονάδων. Η σύνταξη των παραπάνω μελετών λαμβάνει υπόψη της τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του κάθε ηλεκτρικού συστήματος. Λεπτομέρειες για το τρόπο εκπόνησης των μελετών και για τα αποτελέσματα που οφείλουν να παρουσιάζουν, παρατίθενται στις διατάξεις του εφαρμοζόμενου Κώδικα ΜΔΝ Ειδικές Περιπτώσεις Η παρουσία ηλεκτρικών συστημάτων στο ευρύτερο Δίκτυο ΜΔΝ, που λειτουργούν με μοναδικό Παραγωγό από συμβατικές μονάδες ή μοναδικό προμηθευτή, αποτελεί ειδική περίπτωση που πρέπει όμως να λαμβάνεται υπόψη από το Κώδικα. Όταν δεν υπάρχουν μονάδες ΑΠΕ και ΣΗΘΥΑ που να υποβάλλουν δηλώσεις παραγωγής, παρουσιάζονται τροποποιήσεις στην εκτέλεση του ΚΗΕΠ και των Προγραμμάτων Κατανομής, στην οργάνωση του τοπικού ΚΕΕ και στο προγραμματισμό ανάπτυξης συστημάτων. Στις διατάξεις του Κώδικα περιγράφεται ο μηχανισμός Εκκαθαρίσεων και όλων των λειτουργιών που επηρεάζονται σε αυτή την ειδική περίπτωση ώστε να μην προκύψουν δυσάρεστες καταστάσεις και να διασφαλίζεται η ομαλή λειτουργία Μετάβαση στο καθεστώς του Κώδικα Από τη στιγμή που ο Κώδικας ΜΔΝ καθίσταται ενεργός και μέχρις ότου οι διατάξεις του εφαρμοστούν πλήρως, απαιτείται ένα χρονικό διάστημα κατά το οποίο τόσο ο Διαχειριστής όσο και οι Συμμετέχοντες θα προσπαθήσουν να προσαρμόσουν τις υφιστάμενες εγκαταστάσεις και διαδικασίες στα προβλεπόμενα πρότυπα και να δημιουργήσουν όλες τις απαραίτητες υποδομές. Καθ' όλη τη διάρκεια όμως, παραμένει αναλλοίωτη η ανάγκη για απρόσκοπτη και ποιοτική τροφοδότηση των καταναλωτών και συνεπώς καθίστανται αναγκαίες οι διατάξεις που περιγράφουν τη μεταβατική λειτουργία του Δικτύου. Για τη περίπτωση όπου δεν έχουν ολοκληρωθεί οι εργασίες για την εγκατάσταση του ΚΕΕ, του Πληροφοριακού Συστήματος και των Μετρητικών Διατάξεων περιγράφονται οι κατευθύνσεις που πρέπει να ακολουθηθούν για την εφαρμογή του ΚΗΕΠ, του Προγράμματος Κατανομής, 17

18 για τις Αμοιβές και τις Εκκαθαρίσεις ώστε οι αποφάσεις που θα ληφθούν να κινούνται όσο το δυνατόν πιο κοντά στο πνεύμα του Κώδικα. Οι λειτουργίες που δεν επηρεάζονται από την έλλειψη ΚΕΕ και Πληροφοριακού Συστήματος εκτελούνται σύμφωνα με τα προβλεπόμενα. Όσον αφορά τους Παραγωγούς και τις μονάδες που είτε λειτουργούν ήδη στο σύστημα είτε περιμένουν να συνδεθούν, οφείλουν να υποβάλλουν δήλωση τεχνοοικονομικών στοιχείων και αίτημα προς το Διαχειριστή ώστε να συνάψουν Σύμβαση Σύνδεσης. Αν για οποιοδήποτε λόγο δε μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις της πρότυπης Σύμβασης εντός της προκαθορισμένης ημερομηνίας, υποβάλλουν αίτημα παράτασης της προθεσμίας ώστε να υλοποιηθούν οι απαραίτητες βελτιώσεις. Σχετικά με τους Εκπροσώπους Φορτίου, μέχρις ότου υποβάλλουν Δήλωση Εκπροσώπησης Καταχωρημένων Μετρητών σύμφωνα με τη ανάλογη διαδικασία, η δραστηριοποίησή τους προβλέπεται από κατάλληλες Συμβάσεις Συμμετοχής. Τελευταίο και πιο σημαντικό κατά τη διαδικασία μετάβασης στο καθεστώς του Κώδικα είναι το χρονοδιάγραμμα μετάβασης. Προβλέπει τα χρονικά διαστήματα κατά τα οποία θα πρέπει να έχουν ολοκληρωθεί συγκεκριμένες υποδομές και διαδικασίες, καθορίζοντας έτσι τις προτεραιότητες του Διαχειριστή και των Συμμετεχόντων έως ότου το Δίκτυο αποκτήσει τη τελική του μορφή. 18

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΕΞΥΠΝΑ ΔΙΚΤΥΑ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΟΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΔΙΑΝΟΜΗΣ 2.1 SMART GRIDS (ΕΞΥΠΝΑ ΔΙΚΤΥΑ) Το έξυπνο Δίκτυο χρησιμοποιεί ευφυείς ηλεκτρικές συσκευές, τεχνολογία αμφίδρομης επικοινωνίας και ελέγχει τα επιμέρους συστήματά του με στόχο να συλλέξει, να αναλύσει και να επιδράσει σε πληροφορίες σε σχέση με το χρόνο. Ένα τέτοιο σύγχρονο Δίκτυο προσφέρει καλύτερες υπηρεσίες στους πελάτες του. Αυτός ο ευρύς ορισμός περιλαμβάνει όλα τα στοιχεία, από την παραγωγή, τη μεταφορά και τη διανομή μέχρι και τον εξοπλισμό των καταναλωτών με τα απαραίτητα συστήματα ελέγχου και επικοινωνίας. Αρχικά, η προσπάθεια για τον εκσυγχρονισμό των αυτόνομων νησιωτικών Δικτύων επικεντρώθηκε κυρίως σε συστήματα μπαταριών και τροποποιήσεις στον αυτόματο έλεγχο παραγωγής με στόχο την εισαγωγή περισσότερης ανανεώσιμης ενέργειας, κυρίως αιολικής. Πλέον, η διαχείριση της συνεχώς αυξανόμενης διανεμημένης παραγωγής και το κόστος που συνεπάγεται, στρέφει τις προσπάθειες στη δημιουργία εφαρμογών τόσο στο επίπεδο της διανομής όσο και στο επίπεδο των πελατών που θα δημιουργήσουν έξυπνα Δίκτυα με τις εξής ιδιότητες: Αποτελεσματικό: Δίνεται η δυνατότητα για πιο αποτελεσματική διαχείριση του Δικτύου και όλων των πηγών του ενώ ταυτόχρονα βελτιώνει την αξιοπιστία και την αντοχή του. Πληροφοριακό: Παρέχει πληροφορίες στους καταναλωτές και στο Διαχειριστή, ώστε να βελτιωθεί η λήψη αποφάσεων και να υπάρχει καλύτερος έλεγχος στους καταναλωτές για την ενέργεια που χρησιμοποιούν αλλά και στα Δίκτυα για την ενέργεια που μεταφέρουν. Δυναμικό: Παρέχει πληροφορίες και τεχνολογία στους καταναλωτές για να αξιοποιούν το Δίκτυο με νέους τρόπους (απόκριση ζήτησης, ηλεκτρικά αυτοκίνητα) όσο το δυνατόν πιο οικονομικά και να έχουν περισσότερες επιλογές στην πληρωμή και τιμολόγηση. Κάθε ηλεκτρικό σύστημα, οφείλει να θέσει ως στόχο τη μετατροπή της υπάρχουσας υποδομής σε ένα εξυπνότερο, πιο αποτελεσματικό και πιο αξιόπιστο Δίκτυο, που ενσωματώνει περισσότερη ανανεώσιμη ενέργεια με τη χρήση νέων τεχνολογιών και που δίνει τη δυνατότητα στους καταναλωτές να μειώσουν τα κόστη τους και να βελτιώσουν τις υπηρεσίες που λαμβάνουν μέσω της πληροφόρησης [2]. Σχήμα 2.1 Τοπολογία έξυπνου δικτύου [3] 19

20 2.1.1 Οι δυνατότητες ενός έξυπνου Δικτύου Τα έξυπνα Δίκτυα προσφέρουν πολλές δυνατότητες για τη καλύτερη εκμετάλλευση του υπάρχοντος εξοπλισμού, τη βέλτιστη ενσωμάτωση των ΑΠΕ αλλά και τη βελτίωση των παρεχόμενων υπηρεσιών προς τον καταναλωτή: 1. Προσφέρουν εύστοχη και έγκαιρη ενημέρωση για να αποφασίζουν σχετικά με την ενεργειακή τους κατανάλωση. 2. Παρέχουν στους εκπροσώπους των πελατών πρόσβαση στο μετρητή και τις πληροφορίες κατανάλωσης ώστε να βελτιώνεται η μεταξύ τους επικοινωνία και να επιβεβαιώνεται ο λογαριασμός χρέωσης. 3. Παρέχουν επιλογές στους καταναλωτές που τους βοηθούν να διαχειρίζονται το κόστος της ηλεκτρικής τους κατανάλωσης. Στις επιλογές αυτές περιλαμβάνονται διαφορετικές χρεώσεις σε σχέση με το χρόνο κατανάλωσης, νέα προγράμματα όπως η προπληρωμή, νέες χρήσεις όπως τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα και ο τηλεχειρισμός συσκευών. 4. Παρέχουν ιστορικά δεδομένα και πληροφορίες στο Διαχειριστή. Σε αυτές περιλαμβάνονται η τάση των καταναλωτών, το προφίλ φορτίου, πληροφορίες για τους μετασχηματιστές, τους πυκνωτές, τις μπαταρίες, την ποιότητα ισχύος και τη διανεμημένη παραγωγή που βοηθούν στη μείωση της αβεβαιότητας και δίνουν τη δυνατότητα για προληπτικές ενέργειες συντήρησης. 5. Επιπλέον, παρέχουν απομακρυσμένη παρακολούθηση και έλεγχο του εξοπλισμού διανομής (Supervisory Control And Data Acquisition - SCADA) που βελτιώνουν την αποτελεσματικότητα των χειρισμών και την αξιοπιστία. 6. Δίνουν στο Διαχειριστή τον έλεγχο των διανεμημένων συστημάτων (φωτοβολταϊκά και αιολικά πάρκα, ηλεκτρικά αυτοκίνητα, συστήματα αποθήκευσης ενέργειας) που βοηθά στον αποτελεσματικότερο χειρισμό του Δικτύου και την καλύτερη ενσωμάτωση των ΑΠΕ. 7. Στέλνουν αυτόματες ειδοποιήσεις και αναγνωρίζουν τις τοποθεσίες σφαλμάτων κάτι που επιτρέπει την πιο έγκαιρη και αποτελεσματική αντιμετώπιση των διακοπών. Αυτές οι δυνατότητες προκύπτουν από την εισαγωγή σύγχρονων τεχνολογιών όπως τα συστήματα AMI και SCADA, από τις αναβαθμισμένες δυνατότητες ελέγχου της διανεμημένης παραγωγής και την υποστηρικτική τηλεπικοινωνιακή υποδομή. Το κόστος βέβαια αυτών των επεκτάσεων πρέπει να σταθμιστεί με τα οφέλη που προσφέρουν. [2] Κόστη και οφέλη έξυπνου δικτύου Το κόστος σε σχέση με το όφελος που μπορεί να προσφέρει ένα έξυπνο Δίκτυο, εξαρτάται άμεσα από την ωρίμανση των επιμέρους τεχνολογιών, από την εμπορική τους διαθεσιμότητα και φυσικά από την αποδοχή που θα τύχουν από τους καταναλωτές. Μια σωστή προσέγγιση επί του θέματος περιλαμβάνει την αξιολόγηση των επενδύσεων που έχουν γίνει σε άλλα Δίκτυα με παρόμοια χαρακτηριστικά ώστε να γίνουν αντιληπτά τα εμπόδια που προέκυψαν και οι δυνατότητες επιτυχούς εφαρμογής ανάλογων σχεδιών στο υπό εξέταση ηλεκτρικό σύστημα. Σημαντική κρίνεται επίσης η συμμετοχή σε πιλοτικές εφαρμογές, σε συνεργασία με πανεπιστημιακά ιδρύματα ή και τεχνολογικές εταιρείες, ώστε να αναπτυχθούν και να αξιολογηθούν νέες και καινοτόμες ιδέες πριν τη καθολική υιοθέτησή τους. Στόχος πρέπει να είναι η σταδιακή αναβάθμιση του Δικτύου με το ελάχιστο δυνατό ρίσκο, επιλέγοντας τις τεχνολογίες που αναμένεται να αποφέρουν τα περισσότερα οφέλη. Σε κάθε περίπτωση όμως, οι δοκιμασμένες με επιτυχία επενδύσεις έχουν αυξημένες πιθανότητες υιοθέτησης από το Διαχειριστή. 20

21 Σχήμα 2.2 Αξιολόγηση επένδυσης για την εφαρμογή του προγράμματος AMI [2] Προς αυτή τη κατεύθυνση, οι εταιρείες παροχής ηλεκτρισμού των νησιών της Χαβάης έχουν τρέξει τέτοια προγράμματα για να αξιολογήσουν τα οφέλη των AMI και Demand Response που αναφέρθηκαν παραπάνω. Με το πρόγραμμα DR τα κέρδη υπερκέρασαν το κόστος κυρίως γιατί αναβλήθηκαν επενδύσεις στην ισχύ του Δικτύου, με το AMI όμως τα μεγέθη ήταν συγκρίσιμα. Παρόλα αυτά, δεν μπορούν όλα τα οφέλη να ποσοτικοποιηθούν. Ένα πιο αποδοτικό και αξιόπιστο Δίκτυο Απαραίτητα στοιχεία ενός έξυπνου Δικτύου αποτελούν ένα στιβαρό και ιεραρχικό σύστημα επικοινωνιών, ο κατάλληλος εξοπλισμός στους υποσταθμούς διανομής, διαφόρων ειδών αισθητήρες, συσκευές ελέγχου στην τροφοδοσία των διανεμημένων συστημάτων και συσκευές από την πλευρά των καταναλωτών όπως έξυπνοι μετρητές. Ένα Δίκτυο με αισθητήρες και συσκευές ελέγχου θα βελτιώσει την ορατότητα, θα δώσει τη δυνατότητα για μερικώς ή πλήρως αυτοματοποιημένες αποφάσεις και θα παρακολουθεί και θα ελέγχει εξ αποστάσεως τον εξοπλισμό του. Αν και οι καταναλωτές δε μπορούν εύκολα να αντιληφθούν τις παραπάνω δραστηριότητες, στο επίπεδο συστήματος παίζουν καθοριστικό ρόλο στην αποδοτικότητα και στην αξιοπιστία του. Ένα πρόγραμμα που θα εγκαθιστά δείκτες σφαλμάτων ρεύματος (Fault Current Indicator - FCI) το οποίο θα στοχεύει τα κρίσιμα κυκλώματα μεταφοράς και διανομής και θα δίνει στο χειριστή του συστήματος τη δυνατότητα να εντοπίζει, απομονώνει και επαναφέρει τα κυκλώματα πολύ πιο γρήγορα συστήνεται ανεπιφύλακτα για τον εκσυγχρονισμό ενός αυτόνομου νησιωτικού Δικτύου. Επιπλέον, προτείνεται η εγκατάσταση των συστημάτων χειρισμού διακοπών (Outage Management System - OMS) και εντοπισμού, απομόνωσης και αποκατάστασης σφαλμάτων (Fault Location Isolation and System Restoration - FLISR) τα οποία ενσωματώνουν δεδομένα από τα SCADA, FCI και AMI και σε συνδυασμό με ένα σύστημα γεωγραφικού προσδιορισμού (geographic information system - GIS) βελτιώνουν κατά πολύ τους χρόνους απόκρισης και αποκατάστασης γλιτώνοντας επίσης αρκετό χρόνο και κόστος από τα επίγεια συνεργεία για τον εντοπισμό της βλάβης. Ακόμα, προτείνεται η εγκατάσταση πολλών διακοπτών με δυνατότητα τηλεχειρισμού, οι οποίοι σε συνδυασμό με όλα τα προαναφερθέντα συστήματα δίνουν στους χειριστές καλύτερη εποπτεία του συστήματος και τη δυνατότητα να παρεμβαίνουν άμεσα στις απρόσμενες καταστάσεις. 21

22 Πίνακας 2.1 Τεχνολογίες έξυπνου Δικτύου [3] Με τη διείσδυση μεγάλου ποσοστού ΑΠΕ είναι πιο δύσκολο και εξίσου σημαντικό να διατηρούμε την τάση σε συγκεκριμένα επίπεδα χαμηλώνοντας και το κόστος του συστήματος. Η διαδικασία βελτιστοποίησης τάσης άεργου ισχύος (Voltage-Var optimization - VVO) δρα ευεργετικά στη συνολική λειτουργία του Δικτύου όπως αναλύεται εκτενέστερα στη τελευταία ενότητα του παρόντος κεφαλαίου. Ένα πληροφοριακό Δίκτυο Τα συστήματα AMI παρέχουν πληροφορίες στον καταναλωτή για να χειρίζεται καλύτερα την ηλεκτρική του κατανάλωση και τα συσχετιζόμενα κόστη ώστε να προβαίνει σε αλλαγές εάν το επιθυμεί. Υπάρχει η δυνατότητα μέσω smart phones και tablets να ελέγχει την κατανάλωση του σε ωριαία ή και σε μικρότερα διαστήματα και να βλέπει τους εκτιμώμενους λογαριασμούς με βάση τη τρέχουσα τιμολογιακή δομή. Στις περιπτώσεις συστημάτων που υπάρχει αυτή η δυνατότητα έχει παρατηρηθεί ότι ο κόσμος ανταποκρίνεται, πόσο μάλλον στα νησιά όπου το κόστος ενέργειας είναι αυξημένο εξ Σχήμα 2.3 Έξυπνος μετρητής ορισμού. Επιπρόσθετα, το σύστημα AMΙ βοηθά τους χειριστές να εντοπίζουν τις συνεχιζόμενες διακοπές μετά την αποκατάσταση 22

23 βλαβών ενώ μέχρι σήμερα αυτή η διαδικασία υλοποιούνταν χειροκίνητα είτε τηλεφωνώντας στους καταναλωτές είτε δεχόμενοι κλήσεις για παράπονα. Συμβάλλουν επίσης και στη μείωση του λειτουργικού κόστους διότι δε χρειάζεται πλέον να πηγαίνει ένας υπάλληλος και να ελέγχει το μετρητή πριν την έκδοση του τιμολογίου. Οι έξυπνοι μετρητές παρέχουν και στοιχεία ποιότητας της τάσης και στιγμιαίων διακοπών δίνοντας την ευκαιρία στους τεχνικούς να αντιδρούν σε πιθανές βλάβες παρά σε παράπονα πελατών. Τέλος, μπορούν να δέχονται σήματα ώστε να εξισορροπείται η παραγωγή με τη ζήτηση. Ένα δυναμικό Δίκτυο Το πιο σημαντικό ίσως χαρακτηριστικό ενός έξυπνου Δικτύου, είναι η συνεχής εξέλιξη και αναβάθμιση που δίνει τη δυνατότητα στο Διαχειριστή και τους καταναλωτές να το αξιοποιούν με νέους τρόπους. Όταν η διανεμημένη παραγωγή αρχίζει να ξεπερνά σε εγκατεστημένη ισχύ τις πιο μεγάλες συμβατικές μονάδες, η ανάγκη για συλλογή δεδομένων, για εκτενή έλεγχο των μη κατανεμόμενων ΑΠΕ και για παρακολούθηση του Δικτύου σε πραγματικό χρόνο καθίσταται αναγκαία. Συνεπώς, οι εγκαταστάσεις τηλεμετρίας παρουσιάζουν ολοένα και αυξανόμενο ρόλο. Η υιοθέτηση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων που συνδέονται στο δίκτυο (V2G) αναμένεται να αυξηθεί τα επόμενα χρόνια, εξαρτώμενη βέβαια σε μεγάλο βαθμό από τα κίνητρα που θα δοθούν. Μέσω του έξυπνου Δικτύου όμως θα καθοριστεί εάν αποτελέσουν ένα επιπλέον φορτίο προς εξυπηρέτηση ή ένα μέσο που με το κατάλληλο προγραμματισμό λειτουργίας μπορεί να συμβάλλει καθοριστικά στην επίλυση προβλημάτων συχνότητας ή στη περαιτέρω διείσδυση της αιολικής ενέργειας. Επιπλέον, υπάρχει η δυνατότητα και για διαφορετικούς τρόπους τιμολόγησης μέσω των συστημάτων AMI. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφορα προγράμματα χρονοχρέωσης όπως τα (Time of use - TOY ) και (Critical Peak Pricing - CPP) κατά τα οποία οι τιμές διαφοροποιούνται ανάλογα με το χρόνο που καταναλώνεται η ενέργεια. Επιπρόσθετα, μπορεί να προβλέπεται και η δυνατότητα προπληρωμής. Με αυτό το πρόγραμμα οι καταναλωτές μπορούν να βλέπουν την ισορροπία του λογαριασμού τους και να πληρώνουν με μικρότερα ποσά όποτε είναι απαραίτητο. Σε έκθεση του Chartwell Research αναφέρεται ότι στα πιλοτικά προγράμματα που υπήρχε η δυνατότητα προπληρωμής οι καταναλωτές χρησιμοποίησαν 12-13% λιγότερη ενέργεια και οι πάροχοι δηλώσανε ποσοστό ικανοποίησης των πελατών τους τουλάχιστον 84%. Προτείνεται συνεπώς η υιοθέτηση διαφορετικών τρόπων τιμολόγησης. Ο συντονισμός της παραγωγής με τη ζήτηση είναι ίσως το πιο δύσκολο ζήτημα προς επίλυση σ ένα αυτόνομο νησιωτικό Δίκτυο που θέλουμε να εντάξουμε μεγάλο ποσοστό ΑΠΕ. Όσο περισσότερη διανεμημένη και μη κατανεμόμενη παραγωγή έχουμε, τόσες περισσότερες εφεδρείες απαιτούνται για την ασφαλή λειτουργία του Δικτύου. Προς το παρών, το πρόβλημα αντιμετωπίζεται διατηρώντας στρεφόμενες εφεδρείες ή χρησιμοποιώντας γεννήτριες πολύ γρήγορης εκκίνησης, μέτρα τα οποία ανεβάζουν σημαντικά το κόστος. Θα ήταν πολύ πιο αποδοτικό αν μπορούσαμε να ελέγξουμε ένα μέρος της κατανάλωσης. Σε αυτή την περίπτωση θα περικόπτονταν φορτία μέχρις ότου ξεκινήσει επιπλέον συμβατική παραγωγή μειώνοντας έτσι ως ένα βαθμό την ανάγκη για στρεφόμενη εφεδρεία. Προς αυτή την κατεύθυνση κινούνται τα προγράμματα απόκρισης της ζήτησης (Demand Response - DR) που αναμένεται να διαδραματίσουν καθοριστικό ρόλο στην επίτευξη των στόχων μας [2]. Αξίζει να σημειωθεί, πως πολλές από τις προτεινόμενες εφαρμογές (νέοι τρόποι τιμολόγησης, απόκριση ζήτησης, συστήματα αποθήκευσης, ηλεκτρικά αυτοκίνητα, έλεγχος της διανεμημένης παραγωγής) που αναφέρθηκαν επιγραμματικά ή σχολιάστηκαν εν συντομία στο συγκεκριμένο κεφάλαιο, θα σχολιαστούν αναλυτικά στα αντίστοιχα κεφάλαια. Είναι σημαντικό να αναφέρουμε πως το έξυπνο Δίκτυο αποτελεί προαπαιτούμενο για ορισμένες από αυτές, ενώ στις υπόλοιπες συμμετέχει καθοριστικά στη πλήρη αξιοποίηση των δυνατοτήτων τους. 23

24 2.2 ΕΝΕΡΓΟΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΔΙΑΝΟΜΗΣ Η επέκταση των αποκεντρωμένων και διακοπτόμενων ΑΠΕ εισάγει νέες δυσκολίες στην αξιόπιστη διασφάλιση της ηλεκτρικής παροχής. Τα μικρότερα αιολικά πάρκα και η πλειοψηφία των φωτοβολταϊκών συνδέονται στα Δίκτυα Διανομής, μια τάση που αναμένεται να ενισχυθεί τα επόμενα χρόνια. Στα νησιά, όπου το κόστος παραγωγής ενέργειας είναι ιδιαίτερα υψηλό, οι κάτοικοι μπορούν να επενδύσουν ευκολότερα σε οικιακά συστήματα ΑΠΕ. Αυτή η εξέλιξη έχει προφανείς επιπτώσεις για το Διαχειριστή. Μέχρι πρόσφατα, σχεδίαζε και λειτουργούσε το Δίκτυο μέσω μιας κάθετης προσέγγισης. Οι προβλέψιμες ροές φορτίων δεν απαιτούσαν εκτεταμένα εργαλεία παρακολούθησης και διαχείρισης. Αυτό το μοντέλο όμως αλλάζει. Μεγαλύτερη διείσδυση ΑΠΕ οδηγεί σε απρόβλεπτες ροές, μεγαλύτερες διακυμάνσεις στη τάση και διαφορετικά χαρακτηριστικά άεργου ισχύος. Τα Δίκτυα Διανομής θα φτάνουν πιο συχνά στα τεχνικά τους όρια και αυτό θα επηρεάσει την ποιότητα παροχής ηλεκτρικής ενέργειας. Οπότε τίθενται τα εξής ερωτήματα: Πως μπορεί ο Διαχειριστής να εκμεταλλευτεί στο έπακρο το υπάρχον Δίκτυο; Ποιες αλλαγές χρειάζονται στην υποδομή για την καλύτερη και ομαλότερη διείσδυση των ΑΠΕ; Τι είδους υπηρεσίες απαιτούνται; Πως μπορούν οι ανανεώσιμες πηγές να συμβάλλουν στην ασφάλεια του συστήματος; Μέσω της ενεργού διαχείρισης του συστήματος διανομής θα προσπαθήσουμε να απαντήσουμε ως ένα βαθμό στα παραπάνω ερωτήματα. Η περαιτέρω αξιοποίηση των ανανεώσιμων πόρων απαιτεί αλλαγές στη σχεδίαση και την οργάνωση. Οι αμφίδρομες ροές πρέπει να λογίζονται, να παρακολουθούνται και να προσομοιώνονται Οι προκλήσεις των σημερινών Δικτύων Διανομής Θεωρητικά, η διανεμημένη παραγωγή λόγω της εγγύτητάς της στα φορτία θα έπρεπε να συνεισφέρει στην ασφάλεια του Δικτύου, στην ποιότητα ισχύος, στη μείωση των απωλειών και του φορτίου αιχμής όπως και στην αναβολή ορισμένων επενδύσεων. Στη πραγματικότητα όμως, τα Δίκτυα Διανομής θα αντιμετωπίσουν δυσκολίες λόγω της τοποθεσίας και του προφίλ παραγωγής των διανεμημένων πηγών, ιδιαίτερα στη περίπτωση αυξημένης διείσδυσης. Δε μπορούμε να ελέγξουμε την ισχύ εξόδου και η παραγωγή δε συμπίπτει απαραίτητα με την κατανάλωση Ενίσχυση Δικτύου Το γεγονός ότι η παραγόμενη ενέργεια από ΑΠΕ βρίσκεται κοντά στη κατανάλωση, αποφορτίζει τα Δίκτυα Μεταφοράς μόνο συγκεκριμένες ώρες. Τα Δίκτυα Διανομής πρέπει να σχεδιάζονται έτσι ώστε να καλύπτουν με άνεση τις αιχμές του φορτίου και το κόστος τους αναμένεται να αυξηθεί. Σε κάθε περίπτωση, πρέπει να αντέχουν όλους τους πιθανούς συνδυασμούς παραγωγής και φορτίων. Και ενώ η σχεδίαση και η ενίσχυσή τους προδιαγράφεται για φορτία αιχμής που διαρκούν μόνο μερικές ώρες το χρόνο, με τη διανεμημένη παραγωγή αναμένεται το ποσοστό χρησιμοποίησης των κεφαλαίων του Δικτύου να μειωθεί και άλλο. Χαρακτηριστικό είναι το διάγραμμα που ακολουθεί από την περιοχή Puglia της νότιας Ιταλίας. Αναπαριστά τη ροή ισχύος στο σημείο σύνδεσης των Δικτύων Διανομής και Μεταφοράς. Εάν το φορτίο αιχμής της περιοχής συμπέσει με μηδενική 24

25 παραγωγή από τα φωτοβολταϊκά, τότε οι αιχμές παραμένουν ίδιες και δε μπορεί να γίνει καμία μείωση στις απαραίτητες επενδύσεις. Σχήμα 2.4 Ροή ισχύος στο σημείο σύνδεσης μεταξύ Δικτύου Μεταφοράς και Διανομής Παρόμοια είναι η κατάσταση με τις συνολικές απώλειες. Όπως απεικονίζεται παρακάτω, όταν τα ποσοστά διείσδυσης είναι σχετικά χαμηλά οι απώλειες πέφτουν. Όταν όμως έχουμε μεγάλη ισχύ από διανεμημένη παραγωγή συνδεδεμένη στο Δίκτυο Διανομής και αλλάξουν οι ροές φορτίου, τότε οι απώλειες τείνουν να αυξηθούν και πάλι. Γενικά, η διανεμημένη παραγωγή μειώνει τις απώλειες στο Δίκτυο Μεταφοράς αλλά τις αυξάνει στο επίπεδο τάσης στο οποίο συνδέεται. Σχήμα 2.5 Συσχέτιση του βαθμού διείσδυσης της διανεμημένης παραγωγής με τις απώλειες Δικτύου 25

26 Χειρισμός Δικτύου Διανομής Το Δίκτυο Διανομής που θα φιλοξενήσει μεγάλα ποσοστά ανανεώσιμων πηγών οφείλει να παραμείνει ασφαλές και αυτό σημαίνει ότι τόσο η τάση όσο και το ρεύμα πρέπει να παραμείνουν στα επιτρεπτά πλαίσια. Οι λόγοι που θα μπορούσαν να το οδηγήσουν στα τεχνικά του όρια είναι οι εξής: Διακυμάνσεις στη τάση: Η έγχυση ενεργού ισχύος οδηγεί σε τροποποιήσεις του προφίλ τάσεως. Η υπέρταση είναι το πιο συνηθισμένο πρόβλημα στο σημείο σύνδεσης της διανεμημένης παραγωγής και στην κοντινή του περιοχή. Η αντίστροφη ροή φορτίου (από το Δίκτυο Διανομής σε αυτό της Μεταφοράς) συμβαίνει όταν η παραγωγή από τις ανανεώσιμες πηγές ξεπερνά το φορτίο της περιοχής και όσο πιο μεγάλη είναι η διαφορά τόσο πιο έντονες είναι και οι επιδράσεις στο προφίλ της τάσης. Συμφόρηση: Στην περίπτωση όπου η παραγόμενη ισχύς είναι αρκετά μεγάλη ώστε (P g-p L>P max), τότε έχουμε συμφόρηση και πρέπει να ληφθούν έκτακτα μέτρα διακοπής ορισμένων γεννητριών. Παρόμοια κατάσταση μπορεί να προκύψει σε περίπτωση πολύ μεγάλης ζήτησης (P L-P G>P MAX) αλλά αυτό το σενάριο δε μοιάζει τόσο πιθανό. Σχήμα 2.6 Αστάθεια τάσης στο Δίκτυο Διανομής Σε συστήματα με υψηλή διείσδυση ανανεώσιμων πηγών, οι δυσάρεστες καταστάσεις που προαναφέραμε συμβαίνουν ήδη. Ως εκ τούτου, ο Διαχειριστής έχει πλέον αυξημένες ευθύνες με δεδομένο ότι τα προβλήματα αυτά θα εμφανίζονται πιο συχνά ανάλογα με τον τύπο των ανανεώσιμων γεννητριών, τη γεωγραφική τους θέση και το επίπεδο τάσης στο οποίο συνδέονται. 26

27 Σχήμα 2.7 Αντίστροφη ροή φορτίου σε υποσταθμό περιοχής με υψηλή διείσδυση αιολικής ενέργειας Παραδοσιακή σχεδίαση των Δικτύων Διανομής Η παραδοσιακή τοπολογία των Δικτύων Διανομής δεν έχει αλλάξει και πολύ τις τελευταίες δεκαετίες. Μέχρι πρόσφατα οι Διαχειριστές ακολουθούσαν την κάθετη προσέγγιση και βασική τους αρμοδιότητα ήταν να διανέμουν την ενέργεια από την παραγωγή στη κατανάλωση. Με αυτή τη λογική και τις προβλέψιμες ροές φορτίων απαιτούνται λίγα εποπτικά εργαλεία. Όπως απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα τα Δίκτυα μέσης και χαμηλής τάσης είναι παθητικά σε σχέση με αυτό της υψηλής. Υπολείπονται σε επίβλεψη και έλεγχο. Και όσο χαμηλότερο είναι το επίπεδο ελέγχου και παρακολούθησης τόσο μικρότερη είναι και η επιχειρησιακή ευελιξία των Διαχειριστών. [4] Σχήμα 2.8 Επίπεδο επίβλεψης και ελέγχου στα σημερινά Δίκτυα Μεταφοράς και Διανομής 27

28 2.2.2 Ενεργά Δίκτυα Διανομής Καθώς δεν υπάρχει μια λύση για όλα τα προβλήματα, κάθε Δίκτυο Διανομής πρέπει να αξιολογείται διαφορετικά όσον αφορά την υποδομή του, τις ΑΠΕ που διαθέτει, το φορτίο του αλλά και την πληθυσμιακή του πυκνότητα. Για να οδηγηθούμε στα ενεργά Δίκτυα του μέλλοντος που εξυπηρετούν καλύτερα τις ανάγκες των πελατών περνάμε από τρεις διαδοχικές προσεγγίσεις. Η πρώτη αφορά το παθητικό Δίκτυο Διανομής κατά την οποία όλα τα προβλήματα επιλύονται στο στάδιο σχεδίασης αλλά μπορεί κάλλιστα να οδηγήσει σε υπερδιαστασιολόγηση. Έχει το πλεονέκτημα ότι απαιτεί χαμηλή ευελιξία, έλεγχο και επίβλεψη είναι όμως κατάλληλο μόνο για μικρή διείσδυση ΑΠΕ. Κατά τη δεύτερη προσέγγιση εισάγεται στο Δίκτυο όσον το δυνατόν περισσότερη διανεμημένη παραγωγή και τα όποια προβλήματα προκύψουν επιλύονται εκείνη τη στιγμή. Είναι συχνό το φαινόμενο να μπαίνουν περιορισμοί τόσο στα φορτία όσο και την παραγωγή κάτι που μπορεί να οδηγήσει σε περικοπή ανανεώσιμης ενέργειας. Η τρίτη προσέγγιση, αυτή του ενεργού Δικτύου που αποτελεί και στόχο μας, περιλαμβάνει την αλληλεπίδραση διαδικασιών, ευρεία χρήση εργαλείων επίβλεψης και προσομοίωσης και ευελιξία σε πραγματικό χρόνο. Σχήμα 2.9 Τα 3 επίπεδα εξέλιξης των Δικτύων Διανομής Η ενεργός διαχείριση του Δικτύου επιτρέπει τη μέγιστη διείσδυση των ΑΠΕ, αξιοποιώντας στο έπακρο τις υπάρχουσες υποδομές και δίνοντας τη δυνατότητα στους διαχειριστές να ανταποκρίνονται ευκολότερα στα πρότυπα ασφάλειας Συντονισμένη ανάπτυξη Δικτύου Ο Διαχειριστής πρέπει να έχει τη δυνατότητα να σχεδιάζει το Δίκτυό του εκ των προτέρων ώστε να αποφεύγονται οι συμφορήσεις με τον πιο οικονομικό τρόπο. Επιπρόσθετα, κάθε νέο αίτημα σύνδεσης θα πρέπει να αναλύεται στη διαδικασία σχεδιασμού ώστε να αξιοποιείται η υπάρχουσα υποδομή στο μέγιστο βαθμό και να αποφεύγονται κατά το δυνατόν αντιοικονομικές επεκτάσεις. Η μέχρι τώρα προσέγγιση εξετάζει μεμονωμένα την κάθε αίτηση και δίνει μια συγκεκριμένη λύση. Οι πρώτες συνδέσεις αξιοποιούν την ισχύ του Δικτύου αλλά σύντομα ορισμένα σημεία του θα φτάσουν στον κορεσμό με συνέπεια αυτή η διαδικασία να είναι αναποτελεσματική και να περιορίζει τις δυνατότητες περαιτέρω ανάπτυξης. Οπότε, για να αντιμετωπίσουμε το συγκεκριμένο πρόβλημα προτείνεται η 28

29 συνεργασία όλων των ενδιαφερόμενων μερών συμπεριλαμβανομένου του Διαχειριστή, των επενδυτών και των τοπικών αρχών ώστε να αναλύονται εκ των προτέρων τα αιτήματα σύνδεσης (που και για πόσα υπάρχει η δυνατότητα), να αποφεύγονται οι καθυστερήσεις στην απάντηση των αιτημάτων των Παραγωγών και να υπάρχει γενικότερα μια διαφανής διαδικασία που να προβλέπει το τρόπο ανάπτυξης των ΑΠΕ [4]. Στη περίπτωση που το εξεταζόμενο νησιωτικό Δίκτυο ανήκει στα μεγάλα συστήματα (φορτίο αιχμής άνω των 100MW, ικανοποιητικός αριθμός συμβατικών σταθμών παραγωγής, παρουσία Δικτύου υψηλής τάσης) [1] και δεν υπάρχει μοναδικός Διαχειριστής Δικτύου ΜΔΝ, αλλά περισσότεροι που επιφορτίζονται ευθύνες διακριτά για τα Δίκτυα Μεταφοράς και Διανομής, τότε η μεταξύ τους συνεργασία διαδραματίζει ιδιαίτερο ρόλο. Υπάρχουν διαδικασίες κατά τις οποίες είναι πολύ σημαντική η ανταλλαγή πληροφοριών ενώ σε άλλες όχι και τόσο. Προτείνεται λοιπόν, η αποσαφήνιση όλων των διαδικασιών στις οποίες απαιτείται ανταλλαγή πληροφοριών καθώς και το είδος των πληροφοριών Διαχείριση ισχύος Δικτύου Με δεδομένο ότι οι αρμόδιοι έχουν ταυτοποιήσει τις περιοχές του Δικτύου με πιθανά προβλήματα υπερφόρτωσης, θα εξετάσουμε τις παρακάτω δύο προτάσεις με στόχο να ενσωματώσουμε επιπλέον ποσότητες διανεμημένης παραγωγής με τον πιο οικονομικό τρόπο. Συμβόλαια μεταβλητής πρόσβασης: Από τις γενικές αρχές διαχείρισης ενός αυτόνομου Δικτύου προβλέπεται η απορρόφηση της παραγόμενης ενέργειας από ΑΠΕ κατά προτεραιότητα, εκτός βέβαια των περιπτώσεων που θέτουν σε κίνδυνο την ασφάλεια του συστήματος. Ένα τέτοιο ενδεχόμενο είναι και η υπερφόρτωση συγκεκριμένων τμημάτων του Δικτύου Διανομής. Σε λίγες περιπτώσεις το χρόνο, ο Διαχειριστής δίνει εντολές περικοπής της ισχύος εξόδου των ΑΠΕ εάν αυτό είναι τεχνικά εφικτό ή προσωρινού αποσυγχρονισμού. Το μεγαλύτερο διάστημα του χρόνου όμως, η διαθέσιμη ισχύς μεταφοράς δεν αξιοποιείται πλήρως. Θα ήταν επιθυμητό, να προβλέπονται από τον εκάστοτε κώδικα ΜΔΝ τα συμβόλαια μεταβλητής πρόσβασης σύμφωνα με τα οποία ο Παραγωγός συμφωνεί να περικόπτεται η ισχύς εξόδου του συστήματός του για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα όταν το ζητά ο Διαχειριστής. Οι νέες μονάδες που εγκαθίστανται έχουν τέτοιες δυνατότητες ελέγχου με μικρό ή καθόλου κόστος. Για τη σύναψη τέτοιων συμβολαίων ενδέχεται να δίνονται κίνητρα όπως μειωμένα τέλη σύνδεσης, μπορεί όμως να καθίστανται και υποχρεωτικά από το Κώδικα στα πλαίσια του συνολικού σχεδιασμού και της συντονισμένης ανάπτυξης των ΑΠΕ. Στο παρακάτω σχήμα βλέπουμε πως αν υπάρχει η δυνατότητα για περιορισμό της ισχύος εξόδου για το 5% του χρόνου, δίνεται η δυνατότητα για σύνδεση στο Δίκτυο 220% περισσότερης διανεμημένης παραγωγής. Σχήμα 2.10 Προσέγγιση μεταβλητής πρόσβασης 29

30 Σταθερή διανεμημένη παραγωγή και περικοπή φορτίου: Θα ήταν πολύ σημαντικό για το Διαχειριστή εάν γνώριζε ότι μπορεί να διαθέτει συγκεκριμένη ισχύ από ΑΠΕ για τη κάλυψη των φορτίων του συστήματος. Κατά την επίλυση του ΚΗΕΠ και του Προγράμματος Κατανομής γίνεται εκτίμηση της εγχεόμενης ενέργειας, ώστε να προγραμματιστεί η λειτουργία των κατανεμόμενων μονάδων και να προβλεφθούν οι ανάλογες εφεδρείες ισχύος. Ένας μηχανισμός που κινητροδοτεί το διανεμημένο Παραγωγό για τη διάθεση συγκεκριμένης ενέργειας και προβλέπει αντίστοιχα την επιβολή προστίμων σε περίπτωση που δεν ανταποκριθεί συμβάλλει στην οικονομικότερη λειτουργία. Αντίστοιχα, η δυνατότητα ελέγχου ενός μέρους της κατανάλωσης ώστε να μειώνεται ή να περικόπτεται κατά τη διάρκεια σπάνιων αιχμών, οδηγεί σε πιο αποδοτική αξιοποίηση των κεφαλαίων του Δικτύου και αναβολή της ενίσχυσής του. Πρόκειται για τη πολύ σημαντική και συνεχώς αυξανόμενη τάση της διαχείρισης της ζήτησης που θα αναλυθεί εκτενώς στο τέταρτο κεφάλαιο. Σχήμα 2.11 Επέκταση της ισχύος του Δικτύου για φορτία αιχμής έναντι μιας λύσης διαχείρισης της ζήτησης Σύνδεση Ένα νέο σύστημα διανεμημένης παραγωγής που εισάγεται στο Δίκτυο οφείλει να αντέχει στις βυθίσεις τάσης, να αποτρέπει τη νησιδοποίηση και να έχει τους κατάλληλους μετρητές που προβλέπονται από το Κώδικα ΜΔΝ. Είναι ζωτικής σημασίας για το Διαχειριστή να γνωρίζει κάθε στιγμή ποια συστήματα είναι συνδεδεμένα, ιδιαίτερα όταν εργάζεται για να αποτρέψει επικίνδυνες καταστάσεις. Όπως επίσης και να μπορεί να τα θέτει εκτός ανά πάσα στιγμή με τηλεχειρισμό, προκειμένου να ισορροπήσει το σύστημα. Συνεπώς, προτείνεται κάθε νέο σύστημα διανεμημένης παραγωγής να πληροί συγκεκριμένα κριτήρια σύνδεσης τα οποία αναλύονται επιμελώς στο τρίτο κεφάλαιο. 30

31 Ενεργός χειρισμός του Δικτύου Διανομής Ο Διαχειριστής πρέπει να διαθέτει ενεργό ρόλο προκειμένου να διασφαλιστεί η ομαλή λειτουργία υπό καθεστώς υψηλής διείσδυσης ΑΠΕ. Αυτό βέβαια προϋποθέτει και επαρκή εργαλεία. Καταλυτικό ρόλο στη βελτιστοποίηση του χειρισμού του Δικτύου μπορούν να παίξουν όλοι οι Συμμετέχοντες. Μόνο έτσι θα αποφευχθούν πολλές από τις δυσάρεστες καταστάσεις που αναμένουμε να εμφανιστούν ''Traffic light concept'' Για τον επιτυχή χειρισμό του Δικτύου Διανομής, πρώτα απ όλα πρέπει να οριστούν οι βασικές μεταβλητές του συστήματος μαζί με τα όρια τους. Κατόπιν, μπορεί να χρησιμοποιηθεί το σχέδιο των ''φαναριών'' που βοηθά στη λήψη συγκεκριμένων αποφάσεων ανάλογα με την κατάσταση. Η ασφαλής περιοχή λειτουργίας 1 αντιπροσωπεύει την περιοχή στην οποία η ροή φορτίου μπορεί να είναι είτε προς τον καταναλωτή είτε προς το Δίκτυο χωρίς κανένα πρόβλημα, η Αγορά ΜΔΝ λειτουργεί κανονικά και ο Διαχειριστής έχει την πλήρη εποπτεία. Τα όρια της ασφαλούς περιοχής λειτουργίας εξαρτώνται από τα φυσικά χαρακτηριστικά του Δικτύου και τη δυναμική του συστήματος. Τα μη ασφαλή σημεία 2,4 εκπροσωπούν επικίνδυνες καταστάσεις λόγω υπέρτασης και συμφόρησης αντίστοιχα. Το σημείο λειτουργίας 3 σημαίνει συναγερμό στο σύστημα και πρέπει να γίνει διαχείριση συμφόρησης ή έλεγχος τάσης ώστε να μην εισέλθει στην κόκκινη περιοχή έκτακτης ανάγκης. Γενικά το σύστημα πρέπει να λειτουργεί μόνο στις πράσινες και κίτρινες περιοχές και αυτή πρέπει να είναι η συνήθης κατάσταση. Ο Διαχειριστής αναλαμβάνει δράση, επεμβαίνοντας στη παραγωγή και στο φορτίο, μόνο σε έκτακτες καταστάσεις με συγκεκριμένες και σαφώς ορισμένες διαδικασίες. Σχήμα 2.12 Πιθανές καταστάσεις λειτουργίας του Δικτύου Διανομής 31

32 THE TRAFFIC LIGHT CONCEPT 1. Πράσινο: Κανονική κατάσταση λειτουργίας. 2. Κίτρινο: Κατάσταση συναγερμού και ο Διαχειριστής αντιδρά προληπτικά για να αποσυμφορήσει το δίκτυο. 3. Κόκκινο: Μη ασφαλής λειτουργία, καταστάσεις έκτακτης ανάγκης. Σε επείγουσες καταστάσεις ο Διαχειριστής μπορεί να επέμβει σε όλη τη διανεμημένη παραγωγή, να εφαρμόζει μέτρα που βελτιώνουν την απόδοση του Δικτύου και να ελέγχει την απομόνωση και την αποκατάσταση των διακοπών. Αυτό είναι και το τελευταίο μέτρο που μπορεί να λάβει, όταν όλες οι υπόλοιπες επιλογές έχουν αποτύχει να αποκαταστήσουν την ακεραιότητα του συστήματος. Συμφόρηση στο Δίκτυο Διανομής Η διαχείριση συμφόρησης χρησιμοποιείται για να επιλύσει τεχνικούς περιορισμούς στο επίπεδο διανομής σε πραγματικό χρόνο, όταν έχουμε κατάσταση συναγερμού (κίτρινο φανάρι). Σε αυτές τις περιπτώσεις, ο Διαχειριστής μπορεί να αποκλίνει από την αξιολογική κατάταξη αλλά θα δικαιολογήσει την απόφασή του και καλό είναι να προβλέπεται αποζημίωση. Εναλλακτικά, θα μπορούσε να λειτουργήσει με συμβόλαια μεταβλητής πρόσβασης. Επείγουσες καταστάσεις Τα εργαλεία εκτάκτων αναγκών, όπως η απόρριψη φορτίου και η μη προγραμματισμένη περικοπή των διανεμημένων γεννητριών, χρησιμοποιούνται αφού έχουν εξαντληθεί όλα τα υπόλοιπα μέσα. Πρέπει τέλος να διευκρινίσουμε, ότι στην περίπτωση αρκετά μεγάλου ηλεκτρικού συστήματος, όπου η επίβλεψη των Δικτύων Μεταφοράς και Διανομής επιτελείται από διαφορετικούς χειριστές, απαγορεύεται ο πρώτος να επέμβει στην τοπική διανεμημένη παραγωγή. Μπορεί να δώσει όμως εντολή στο Διαχειριστή του Δικτύου Διανομής να δράσει στην περίπτωση που κινδυνεύει και το υπόλοιπο σύστημα, οποιαδήποτε όμως ενέργεια θα γίνει από το τελευταίο Ανταλλαγή πληροφοριών Σύντομα, ένα καλά δομημένο και οργανωμένο σύστημα ανταλλαγής πληροφοριών μεταξύ των εμπλεκόμενων μερών θα είναι απαραίτητο για τον αποτελεσματικό χειρισμό ενός Δικτύου Διανομής με υψηλή διείσδυση ΑΠΕ σε πραγματικό χρόνο. Η χρησιμότητά του έγκειται στο σχεδιασμό και τη διαχείριση κεφαλαίων (βελτιστοποίηση της ισχύος δικτύου και της διαθεσιμότητας του με τον πιο οικονομικό τρόπο) ενώ ταυτόχρονα θα διασφαλίζει ότι όλοι οι πελάτες θα νιώσουν την ελάχιστη επίδραση της διανεμημένης παραγωγής στη ποιότητα των παρεχόμενων υπηρεσιών. Είναι το πρώτο και ίσως πιο αποτελεσματικό βήμα που μπορούμε να κάνουμε ώστε να μειώσουμε το κόστος της διείσδυσης και σύνδεσης των ανανεώσιμων πηγών. Ο Διαχειριστής χρειάζεται πληροφορίες σχετικά με τη τοποθεσία, τη πρόβλεψη παραγωγής και την εγγυημένη ισχύ ώστε να συμβάλλει στη διαχείριση πραγματικού χρόνου συμπεριλαμβανομένου και των περιορισμών που εισάγουν τα τοπικά Δίκτυα. Πρέπει να έχει άμεση επικοινωνία με τη διανεμημένη παραγωγή ώστε να συλλέγει όλες τις απαραίτητες πληροφορίες. Το τι στοιχεία απαιτούνται θα καθοριστεί και από το μέγεθος της συγκεκριμένης μονάδας. Επιπλέον, πρέπει να υπάρχει αμφίδρομη ανταλλαγή των απαραίτητων πληροφοριών μεταξύ των Διαχειριστών Δικτύου Μεταφοράς και Διανομής στη περίπτωση πολύ μεγάλου ηλεκτρικού συστήματος. Ο πρώτος χρειάζεται πληροφορίες 32

33 σχετικά με την ενεργό ισχύ ώστε να διασφαλίσει την ομαλή λειτουργία και ο δεύτερος χρειάζεται από τον πρώτο πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο για τη διαχείριση των υποσταθμών. Για τους παραπάνω λόγους, προτείνεται η εισαγωγή σαφώς ορισμένων διαδικασιών και η ανάπτυξη των απαραίτητων υποδομών επικοινωνίας που θα διασφαλίζουν την απρόσκοπτη ροή πληροφοριών μεταξύ όλων των εμπλεκόμενων μερών. Σχήμα 2.13 Ανταλλαγή πληροφοριών σήμερα και μελλοντικά Έλεγχος τάσης Όπως επισημάνθηκε νωρίτερα, η τάση του συστήματος πρέπει να παραμείνει σε συγκεκριμένα όρια για λόγους ασφαλείας. Πέραν του ελέγχου τάσης, ο Διαχειριστής στοχεύει στην ελαχιστοποίηση των ροών άεργου ισχύος και κατά συνέπεια στη μείωση των απωλειών. Η προσέγγιση που ακολουθείται ως επί το πλείστων, περιλαμβάνει μετασχηματιστές με μεταγωγείς σπειρών που αλλάζουν την τάση είτε με φορτίο είτε χωρίς και συστοιχίες πυκνωτών που προσφέρουν άεργη ισχύ στο Δίκτυο. Ο Διαχειριστής καθορίζει ένα σημείο λειτουργίας και εξετάζει διάφορα σενάρια κατά τα οποία η τάση πρέπει να διατηρηθεί σε συγκεκριμένα όρια. Πίνακας 2.2 Έλεγχος τάσης στα σημερινά Δίκτυα Διανομής 33

34 Σχήμα 2.14 Απεικόνιση της παραδοσιακής προσέγγισης στον έλεγχο τάσης Καθώς αυξάνει η διείσδυση της διανεμημένης παραγωγής, δεν είναι πλέον δυνατό να διασφαλίσουμε την ασφάλεια του συστήματος χωρίς κάποια δυναμικά εργαλεία, όπως είναι η αντιστάθμιση άεργου ισχύος και ο ενεργός έλεγχος τάσης. Ο ρόλος του Διαχειριστή είναι αρκετά πιο σύνθετος πλέον, καθότι οφείλει να αντιμετωπίζει τις διακυμάνσεις τάσεις και τις ροές άεργου ισχύος, πέραν της ικανοποίησης του φορτίου. [4] Μία πρώτη λύση αποτελεί η διαδικασία βελτιστοποίησης τάσης - άεργου ισχύος (Voltage VAR Optimization - VVO). Αξιοποιεί τη τεχνολογία με τη χρήση πλήρως ελεγχόμενων μετασχηματιστών διανομής (μέση προς χαμηλή τάση), σύγχρονων διατάξεων για τη ρύθμιση άεργου ισχύος (πηνία, πυκνωτές), τηλεχειριζόμενων διακοπτών και αισθητήρων στα κατάλληλα σημεία των γραμμών διανομής. Με τη συνεισφορά των έξυπνων μετρητών των καταναλωτών και ανάλογου λογισμικού, ο Διαχειριστής μπορεί σε σημαντικό βαθμό να παρακολουθεί τις διακυμάνσεις της τάσης και να προβαίνει σε προληπτικές ενέργειες για την ασφάλεια του συστήματος. Υπάρχει η δυνατότητα επίσης, να διατηρεί τη τάση όσο χαμηλά επιτρέπεται ώστε να μειώνεται η συνολική κατανάλωση και οι απώλειες συστήματος, που μεταφράζονται σε κόστος για τους καταναλωτές. Σε πολλές από τις εταιρείες που ανέπτυξαν τη συγκεκριμένη τεχνολογία, καταγράφηκε αξιοσημείωτη εξοικονόμηση ενέργειας όπως φαίνεται στο πίνακα 2.3. Από το 2014, ο βελτιστοποιημένος έλεγχος τάσης-άεργου ισχύος εφαρμόζεται και στο νησιωτικό Δίκτυο της Χαβάης. Ένα άλλο πιλοτικό πρόγραμμα στο νησί Maui της Χαβάης, καταγράφει συνεχώς το προφίλ τάσης και τη διακύμανσή της στα σημεία ενδιαφέροντος, παρέχοντας σημαντικές πληροφορίες στο Διαχειριστή για την επίδραση της φωτοβολταϊκής παραγωγής. Τα αποτελέσματα φαίνονται στο σχήμα [2] 34

35 Πίνακας 2.3 Εξοικονόμηση ενέργειας από την εφαρμογή του προγράμματος VVO [2] Σχήμα 2.15 Ωριαίες μετρήσεις μέσης τιμής τάσης και η διακύμανσή τους [2] Πρέπει να έχουμε κατά νου δύο τεχνικά ζητήματα σχετικά με τον έλεγχο τάσης: Στις περιπτώσεις υψηλής διείσδυσης διανεμημένης παραγωγής, η ενεργός ισχύς γίνεται καθοριστικός παράγοντας στις διακυμάνσεις τάσης στα Δίκτυα μέσης και χαμηλής τάσης (το φαινόμενο kw-v είναι πιο σημαντικό από το φαινόμενο kvar-v). Όσο πιο χαμηλή η τάση, τόσο μεγαλύτερη η επίδραση. Στα Δίκτυα μέσης και χαμηλής τάσης, η επίδραση της ενεργού ισχύος δεν εξουδετερώνεται πάντα με τον έλεγχο της άεργου ισχύος που είναι διαθέσιμη στο σύστημα. Για επιτυχή έλεγχο, ο Διαχειριστής πρέπει να είναι σε θέση να ρυθμίζει και την ενεργή ισχύ σε αρκετές περιπτώσεις. 35

36 Σχήμα 2.16 Επιπλέον άεργος ισχύς που απαιτείται από τη διανεμημένη παραγωγή για διατήρηση τάσης Καθώς δε μπορούμε να μεταφέρουμε την άεργο ισχύ σε μεγάλες αποστάσεις και πολλές περιοχές με υψηλή διείσδυση ΑΠΕ δε διαθέτουν συμβατικές πηγές άεργου ισχύος, το να χειριζόμαστε την τάση σε τοπικό επίπεδο (σε μικρότερα υποδίκτυα) ίσως αποδειχτεί η πιο οικονομική λύση για όλο το ηλεκτρικό σύστημα. Συνεπώς, ο Διαχειριστής πρέπει να είναι σε θέση να επιμερίζει το Δίκτυο ευθύνης του, να αλληλεπιδρά με τη διανεμημένη παραγωγή ώστε να ελέγχει τη τάση και την έγχυση ενεργού και άεργου ισχύος όπου είναι δυνατό και να αντιμετωπίζει τα λειτουργικά προβλήματα χρησιμοποιώντας όλα τα πρόσφορα μέσα. [4] Εν κατακλείδι, για την αξιόπιστη και αποδοτική λειτουργία του Δικτύου Διανομής μπορούν να συμβάλλουν και οι καταναλωτές, πέραν του Διαχειριστή. Κάθε μία από τις προτάσεις που γίνανε στο παρόν κεφάλαιο, μπορεί να συνδράμει περισσότερο ή λιγότερο ανάλογα με τις επικρατούσες συνθήκες. Γεγονός όμως είναι, πως το έξυπνο Δίκτυο με τις τεχνολογικές εφαρμογές που το περιβάλλουν, αποτελεί σημαντική προϋπόθεση για την επιτυχή ενσωμάτωση και περαιτέρω αξιοποίηση των ΑΠΕ. Αυτό το πνεύμα ακολουθούν και οι παρακάτω προτάσεις: Επενδύσεις σε σύγχρονες διατάξεις τηλεμετρίας, AMI, SCADA και ανιχνευτές σφαλμάτων για την εποπτεία του Δικτύου. Αποτελούν συνήθως προαπαιτούμενη υποδομή για την εφαρμογή πιο σύνθετων προτάσεων όπως το σχέδιο των "φαναριών". Επενδύσεις σε σύγχρονους μετατροπείς φωτοβολταϊκών, σε ανεμογεννήτριες με δυνατότητα ελέγχου της άεργου ισχύος, σε μπαταρίες για υποστήριξη τάσης και συχνότητας στα κατάλληλα σημεία του Δικτύου και αναβάθμιση του ξεπερασμένου εξοπλισμού, μπορούν και πρέπει να γίνουν συντονισμένα απ' όλα τα εμπλεκόμενα μέρη. Νέοι κανόνες και ρυθμιστικά πλαίσια πρέπει να περιγραφούν, που θα προσδιορίζουν τις δυνατότητες συμμετοχής των ΑΠΕ στις Επικουρικές Υπηρεσίες ανάλογα με τη τεχνολογία τους καθώς και τις προϋποθέσεις σύνδεσης νέων μονάδων με ιδιαίτερη βαρύτητα στις τηλεπικοινωνιακές δυνατότητες και το τηλεχειρισμό. 36

37 Πολύ σημαντικό κομμάτι της εξέλιξης του Δικτύου, είναι επίσης η δοκιμή νέων τεχνολογιών μικρής κλίμακας που έχουν ως στόχο τη διερεύνηση και τη ποσοτικοποίηση του οφέλους που μπορεί να προκύψει από την ευρεία εφαρμογή. Άλλα εργαλεία και μεθοδολογίες που αναπτύχθηκαν σε αυτόνομα νησιωτικά Δίκτυα με παρόμοια χαρακτηριστικά, παρέχουν σημαντικές πληροφορίες που πρέπει να λαμβάνονται σοβαρά υπόψη πριν τη λήψη επενδυτικών αποφάσεων. Όλα τα παραπάνω θα συμβάλλουν καθοριστικά στη διαμόρφωση των μελετών για τη βελτίωση των κανόνων ένταξης και λειτουργίας και την ανάπτυξη νέου δυναμικού ΑΠΕ. Τα μέτρα που προτείνονται, προφανώς και δεν απαιτούν καθολική εφαρμογή. Στις περισσότερες των περιπτώσεων αρκεί ο έλεγχος και η επίβλεψη των μεγαλύτερων μονάδων και των πιο κρίσιμων και ευαίσθητων σημείων του Δικτύου για λόγους αξιοπιστίας και οικονομικής βιωσιμότητας. Σε κάθε περίπτωση, η πιο αποδοτική λύση μπορεί να διαφέρει ανάλογα με το υπό μελέτη Δίκτυο, καθώς εξαρτάται από τη τοπολογία του και άλλα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά. Εάν αναμένεται μεγάλη διείσδυση ΑΠΕ, δεν αποκλείεται πριν τις επενδύσεις στο έξυπνο Δίκτυο και την ενεργό διαχείριση, να προτιμηθεί ως πιο αποδοτική λύση μακροπρόθεσμα η παραδοσιακή ενίσχυση και αναβάθμιση του παλαιότερου εξοπλισμού. 37

38 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΕΡΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΔΝ ΣΕ ΜΙΑ ΠΙΟ ΑΝΤΑΓΩΝΙΣΤΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ Κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών, οι κανονισμοί και η οργάνωση του ηλεκτρικού τομέα έχουν αλλάξει ουσιωδώς, καθώς οι μεγάλες μονοπωλιακές εταιρείες αντικαθίστανται συνεχώς από ανταγωνιστικές δομές στην αγορά. Οι υπέρμαχοι αυτών των αλλαγών υποστηρίζουν ότι ο ανταγωνισμός μεταξύ εταιρειών μπορεί να επιφέρει μείωση κόστους και τιμών, επιτρέποντας την είσοδο στην αγορά σε νέες δομές και εκπροσώπους που δραστηριοποιούνται σε όλο το φάσμα της ενέργειας, από τη παραγωγή μέχρι τη κατανάλωση. Αν και υπάρχουν πολλά πετυχημένα παραδείγματα απελευθεροποίησης της αγοράς ενέργειας σε όλο το κόσμο, οι ιδιαιτερότητες των νησιωτικών Δικτύων καθιστούν αρκετά δύσκολη τη συγκεκριμένη μετάβαση. Τα κυριότερα εμπόδια σε αυτή τη προσπάθεια είναι: Σε αντίθεση με τα ηπειρωτικά Δίκτυα, μια μονάδα παραγωγής δε μπορεί να έχει πολύ μεγάλη ισχύ για λόγους ασφάλειας του συστήματος. Απαιτείται σημαντικά μεγαλύτερο ποσοστό εφεδρειών λόγω της απουσίας διασυνδέσεων. Η παροχή ενέργειας στα αυτόνομα νησιωτικά Δίκτυα είναι αρκετά πιο ακριβή εξαιτίας του κόστους που προσθέτει η μεταφορά καυσίμων. Ο περιορισμένος χώρος σε ορισμένες περιπτώσεις, οι δημόσιες αντιδράσεις και η προστασία του περιβάλλοντος ιδιαίτερα για τα νησιά που αποτελούν τουριστικούς προορισμούς αποτρέπουν τις μεγάλες επενδύσεις σε συμβατικούς σταθμούς παραγωγής. Οι ΑΠΕ αποτελούν την εναλλακτική λύση για ένα αποδοτικό και βιώσιμο μοντέλο παραγωγής ενέργειας, όμως η διακοπτόμενη φύση τους εμποδίζει προς το παρών τη περαιτέρω διείσδυσή τους. Μέχρι και σήμερα, τα περισσότερα νησιωτικά Δίκτυα διαχειρίζονται από μια δημόσια εταιρεία ηλεκτρισμού, η οποία κοινωνικοποιεί τα υψηλά κόστη παραγωγής ενέργειας για να πετύχει κοινωνική δικαιοσύνη και να βοηθήσει την ανάπτυξη της τοπικής οικονομίας [5]. Σε γενικές γραμμές, μπορούμε να διακρίνουμε τρία μοντέλα μεταρρύθμισης της αγοράς σε μια πιο ανταγωνιστική κατεύθυνση. Το πρώτο βασίζεται στο θεσμό του Μοναδικού Αγοραστή, o οποίος συγκεντρώνει από διαφορετικούς Παραγωγούς όλη τη βραχυπρόθεσμη ενέργεια που απαιτείται για να καλύψει το φορτίο του με οικονομικά κριτήρια και διαφανείς διαδικασίες. Η πλειοψηφία των καταναλωτών προμηθεύεται την ενέργεια από τον Μοναδικό Αγοραστή. Στο δεύτερο μοντέλο, υπάρχει η δυνατότητα να συναφθούν μεταξύ Παραγωγών και επιλεγμένων πελατών Διμερή Συμβόλαια αγοράς ενέργειας μικρής, μεσαίας ή μεγάλης διάρκειας. Σε αυτή τη μορφή αγοραπωλησιών, το Δίκτυο απλώς μεταφέρει την ενέργεια με ελεγχόμενη ή προ συμφωνημένη τιμή. Η τρίτη λύση είναι η δημιουργία χονδρικής αγοράς στην οποία η παραγωγή καλύπτει τη ζήτηση με προ συμφωνημένους κανόνες και ισότιμη αντιμετώπιση όλων των Συμμετεχόντων της ίδιας κατηγορίας. Επιτρέπεται και σε αυτό το μοντέλο η σύναψη Διμερών Συμβολαίων [6]. Πιο κατάλληλες δομές για τα αυτόνομα νησιωτικά Δίκτυα θεωρούνται τα μοντέλα του Μοναδικού Αγοραστή και Διμερών Συμβολαίων. Η Μάλτα ακολουθεί το πρώτο μοντέλο καθώς η δημόσια εταιρεία της χώρας είναι παραγωγός, διανομέας και ταυτόχρονα ο μοναδικός πωλητής. Οι ανεξάρτητοι Παραγωγοί πωλούν την ενέργειά τους στην Enemalta. Στη Κύπρο, η αγορά είναι σχεδιασμένη γύρω από τη σύναψη Διμερών Συμβολαίων. Η νομοθεσία προωθεί τον 38

39 ανταγωνισμό τόσο στη παραγωγή όσο και στη προμήθεια ενέργειας χωρίς αποτελέσματα όμως, αφού δραστηριοποιείται μόνο μία εταιρεία. Στις Κανάριες Νήσους της Ισπανίας, η τοπική εταιρεία λειτουργεί ως μοναδικός αγοραστής εφαρμόζοντας μια διαδικασία προγραμματισμού που ελαχιστοποιεί το κόστος παραγωγής. Στη περίπτωση της Κρήτης, το μέγεθος του φορτίου και του Δικτύου επιτρέπει θεωρητικά τουλάχιστον, τη δημιουργία χονδρεμπορικής αγοράς. Είναι προφανές πως παρότι τα νομοθετικά πλαίσια των αυτόνομων νησιωτικών Δικτύων στις περισσότερες των περιπτώσεων προβλέπουν ανταγωνιστικές διαδικασίες, εντούτοις δεν εφαρμόζουν στην πράξη [5]. Για να υπερκεράσουμε τα εμπόδια που αφορούν την ιδιαίτερη μορφή των συγκεκριμένων ηλεκτρικών συστημάτων, να εκμεταλλευτούμε τις ΑΠΕ με βέλτιστο τρόπο, να αυξήσουμε όσο το δυνατόν τα όρια διείσδυσής τους αλλά και να προσελκύσουμε το ενδιαφέρον επενδυτών χρειάζονται εναλλακτικές προτάσεις και χρήση εξοπλισμού τελευταίας τεχνολογίας, κάτι που αποτελεί και το αντικείμενο του παρόντος κεφαλαίου. 3.1 ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΗ ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΑΓΟΡΑΣ ΜΔΝ Βασικός μας στόχος είναι να αναλύσουμε κανόνες της αγοράς και μηχανισμούς αποζημίωσης ώστε να περιγράψουμε νέες προτάσεις που μπορούν να βελτιώσουν το ρυθμιστικό πλαίσιο των αυτόνομων νησιωτικών Δικτύων. Η εκάστοτε νομοθεσία πρέπει να επιδέχεται αλλαγές, ανταποκρινόμενη στις νέες ανάγκες και προκλήσεις. Στα Κανάρια Νησιά λόγου χάρη, κρίθηκε σκόπιμο να εγκαταλειφθεί η αποζημίωση των ΑΠΕ με σταθερή τιμή δυσχεραίνοντας κάπως τις νέες επενδύσεις. Παρόλα αυτά, οι προτάσεις μας πρέπει να έχουν στόχο την αποδοτικότερη λειτουργία των ηλεκτρικών συστημάτων και την προσέλκυση νέων επενδυτών. Η επιλογή των συμβατικών σταθμών για την επίλυση της οικονομικής κατανομής γίνεται με βάση το μεταβλητό κόστος παραγωγής. Οι πιο οικονομικοί σταθμοί προηγούνται και το κόστος ενέργειας ανεβαίνει μέχρι η παραγωγή να ικανοποιήσει τη ζήτηση. Για λόγους ανταγωνιστικότητας και διαφάνειας, προτείνεται να ανακοινώνεται για κάθε ώρα κατανομής το οριακό κόστος ενέργειας που ισούται με το μεταβλητό κόστος παραγωγής του τελευταίου σταθμού που ικανοποιεί τη ζήτηση. Η συγκεκριμένη πληροφορία αποτελεί ένα ξεκάθαρο σήμα επενδύσεων, δίνοντας την ευκαιρία σε νέες, σύγχρονες μονάδες να αντικαταστήσουν τις παλαιότερες και μη αποδοτικές. Εάν, ο Διαχειριστής του Δικτύου βάσει των διατάξεων του Κώδικα, εγγυάται στις νέες επενδύσεις και τη σταθερή αποζημίωση για τη συμμετοχή στο Μηχανισμό Διασφάλισης Ισχύος και τη παροχή Επικουρικών Υπηρεσιών, τότε είναι λογικό να αναμένουμε την είσοδο νέων εγκαταστάσεων που θα βελτιώσουν την αποδοτικότητα του ηλεκτρικού συστήματος συνολικά με θετικό αντίκτυπο τη μείωση των αποζημιώσεων για τη παραγωγή ενέργειας [7]. Πέραν της δημοσιοποίησης του μέσου και μέγιστου μεταβλητού κόστους παραγωγής μετά από κάθε μήνα εκκαθάρισης, έντονο ενδιαφέρον υπάρχει και για το μέσο κόστος παροχής ανά Επικουρική Υπηρεσία [1]. Κατά βάση, πρόκειται για ακριβές υπηρεσίες που μπορούν ευκολότερα να προσελκύσουν νέες επενδύσεις. Εκπρόσωποι Φορτίου μέσω της διαχείρισης της ζήτησης μπορούν να συμμετέχουν στη ρύθμιση συχνότητας όπως και συστήματα μπαταριών που ανταποκρίνονται αποτελεσματικά στη συγκεκριμένη υπηρεσία. Εάν δε, παρατηρείται εμφάνιση αρνητικών τιμών στο σύστημά μας ή σημειώνονται συχνά περικοπές αιολικής ενέργειας λόγω ακαμψίας των συμβατικών σταθμών, τότε παρουσιάζεται μια πρώτης τάξεως ευκαιρία για μείωση του κόστους Επικουρικών Υπηρεσιών [9]. Η πλήρωση των συστημάτων αποθήκευσης τις ώρες χαμηλού φορτίου και η απόδοση της 39

40 ενέργειας όταν απαιτείται ρύθμιση συχνότητας κατά τις ώρες αιχμής δύναται όχι μόνο να μειώσει το κόστος αποζημιώσεων για το σύστημα αλλά και να αποτελέσει αρκετά ελκυστική επιλογή για νέους επενδυτές. Προτείνεται η σύσταση ενός μηχανισμού που θα αποζημιώνει τη παραγωγή ενέργειας από μη κατανεμόμενες ΑΠΕ με υψηλότερο τίμημα όταν υπάρχει η δυνατότητα για σταθερή έγχυσή της στο Δίκτυο. Θα προβλέπεται η σύναψη αντίστοιχων συμβολαίων μεταξύ Παραγωγού και Διαχειριστή και εξαρτάται από το τελευταίο το ύψος της αποζημίωσης σε αυτή τη περίπτωση [4]. Για να υπάρχει αυτή η δυνατότητα, η λειτουργία των ΑΠΕ πρέπει να συνδυαστεί με συστήματα αποθήκευσης ενέργειας όπως είναι οι μπαταρίες και με τη χρήση εργαλείων πρόβλεψης. Το κόστος των μπαταριών είναι ιδιαίτερα υψηλό, οπότε αυτός ο μηχανισμός μπορεί να αποτελέσει και μια έμμεση κινητροδότηση για την αγορά συστημάτων αποθήκευσης που μπορούν να προσφέρουν πολύ περισσότερα οφέλη σ' ένα Δίκτυο όπως αναλύεται στο έβδομο κεφάλαιο. Για τη βιωσιμότητα του συγκεκριμένου μηχανισμού, πρέπει να συνυπολογίσουμε τη δυνατότητα των μπαταριών για συμμετοχή στο μηχανισμό Επικουρικών Υπηρεσιών ως επιπλέον τρόπο απόσβεσης της επένδυσης και το συνεχώς μειούμενο κόστος τους. Η εξοικονόμηση πόρων που δύναται να πετύχει το ηλεκτρικό σύστημα από την όποια μείωση των απαιτούμενων εφεδρειών σε συνδυασμό με τις οικονομικές του δυνατότητες για παροχή κινήτρων σε τέτοιου είδους επενδύσεις, θα καθορίσουν και το ύψος της επιπλέον αποζημίωσης. Συστήνεται η δυνατότητα για σύναψη Διμερών Συμβολαίων μεσαίας και μακράς διάρκειας μεταξύ Παραγωγών και καταναλωτών ή Εκπροσώπων Φορτίου με στόχο την ευκολότερη είσοδο στην αγορά νέων παικτών. Προς αυτή την κατεύθυνση, είναι απαραίτητο να ρυθμιστούν θέματα επίβλεψης και ελέγχου ώστε να αποτραπούν πιθανά εμπόδια από τη δράση και κυρίαρχη θέση των κατεστημένων φορέων στη παραγωγική διαδικασία [7]. Προτείνεται η θεσμοθέτηση οικονομικών κινήτρων για το Διαχειριστή. Μπορούν να έχουν θετικό ή αρνητικό πρόσημο με βάση την απόδοσή του στη παροχή ποιοτικής ισχύος, στην αποτελεσματική διαχείριση του νησιωτικού Δικτύου και τη μείωση του κόστους παραγωγής σε σχέση πάντα με το προς εξυπηρέτηση φορτίο [7]. Στη περίπτωση που το σπάσιμο του μονοπωλίου της παραγωγής αποτελεί προτεραιότητα ή συγκεκριμένη στρατηγική με μακροπρόθεσμους στόχους, πρέπει να επιβάλλουμε μέτρα που παρεκκλίνουν από τη συνηθισμένη προσέγγιση.τέτοιες προτάσεις είναι η επιβολή ορίου για το μονοπωλιακό Παραγωγό και συγκεκριμένες διακρίσεις κατά το μεταβατικό στάδιο κυρίως, υπέρ των νέων εταιρειών που εισέρχονται στην Αγορά ΜΔΝ [6]. 3.2 ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΜΗ ΚΑΤΑΝΕΜΟΜΕΝΩΝ ΑΠΕ Όπως αναφέραμε και προηγουμένως, στόχος της παρούσης εργασίας είναι να προτείνει κανόνες για τη βέλτιστη αξιοποίηση των ΑΠΕ. Στα νησιωτικά Δίκτυα παρατηρείται έντονη διείσδυση ηλιακής και αιολικής ενέργειας όμως παρά τη πρόδηλη επιθυμία για την επωφελέστερη αξιοποίησή τους, η περιορισμένη προβλεψιμότητα και ο διακοπτόμενος χαρακτήρας τους τις καθιστά μη κατανεμόμενες για το Διαχειριστή του συστήματος. Όσο ενισχύεται η διείσδυση των ΑΠΕ στο ενεργειακό μείγμα, τόσο πιο έντονα επηρεάζεται το 40

41 πρόγραμμα ένταξης και κατανομής των μονάδων και αυξάνει σε σημαντικό βαθμό η ανάγκη εφεδρειών. Κρίνεται λοιπόν, αδήριτη η ανάγκη ανάπτυξης εργαλείων πρόβλεψης της ηλιακής και αιολικής παραγόμενης ενέργειας και για αυτό στη συνέχεια το σχολιάζουμε εκτενέστερα. Κάθε εκτίμηση που γίνεται, αναφέρεται σε ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα στο μέλλον. Έτσι διακρίνουμε τρεις ζώνες πρόβλεψης: την πολύ βραχυπρόθεσμη που διαρκεί έως 9 ώρες, τη βραχυπρόθεσμη έως 72 ώρες και τέλος τη μεσοπρόθεσμη που εκτείνεται έως και τις 7 ημέρες. Οι προβλέψεις σε κάθε χρονικό ορίζοντα αξιοποιούνται με ποικίλους τρόπους από το Διαχειριστή και τις εταιρείες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ όπως θα δούμε παρακάτω τα διάφορα μοντέλα επιτυγχάνουν καλύτερες ή χειρότερες επιδόσεις ανάλογα με το χρονικό ορίζοντα πρόβλεψης [8]. Σχήμα 3. 1 Χρονικοί ορίζοντες παραγωγής από ΑΠΕ [8] Μοντέλα πρόβλεψης αιολικής παραγωγής Για την πρόβλεψη της παραγωγής αιολικής ενέργειας χρησιμοποιούνται στατιστικά μοντέλα με ή χωρίς την ενσωμάτωση αριθμητικών μοντέλων μετεωρολογικών προβλέψεων (Numerical Weather Prediction models NWP). Τα μοντέλα NWP υπολογίζουν δεδομένα όπως πίεση, ταχύτητα και κατεύθυνση ανέμου και αναπτύσσονται από μετεωρολόγους. Για την πρόβλεψη του ανέμου και της ισχύος αιολικών σταθμών έχει δημοσιευθεί πληθώρα εργασιών. Η ανάλυση χρονοσειρών έχει διερευνηθεί αρκετά με τα μοντέλα αυτοπαλινδρόμησης (AR), τα ARMA, τα ARIMA και τη παραλλαγή του το F-ARIMA. Άλλοι μέθοδοι που απαντούν στο ίδιο πρόβλημα είναι τα νευρωνικά δίκτυα και τα μοντέλα ασαφούς λογικής που βασίζονται στην τεχνητή νοημοσύνη, οι γενετικοί αλγόριθμοι και οι αλγόριθμοι εξόρυξης δεδομένων. Όλα τα παραπάνω, παρουσιάζουν μικρότερα σφάλματα σε σχέση με το μοντέλο αναφοράς και επιτυγχάνουν καλύτερα αποτελέσματα σε αρκετά βραχυπρόθεσμους ορίζοντες. Οι μεταξύ τους επιδόσεις διαφοροποιούνται ανάλογα με το διάστημα πρόβλεψης. Στην περίπτωση που συνδυάσουμε τα προαναφερθέντα μοντέλα με τα δεδομένα εξόδου των NWP παρατηρούνται καλύτερες προβλέψεις για χρονικούς ορίζοντες μεγαλύτερους των 12 ωρών. Παρ όλα αυτά, δεν υπάρχει κανένα σύστημα του οποίου οι επιδόσεις να ξεχωρίζουν επαρκώς, αλλά η επίδοση τους εξαρτάται άμεσα από το χρονικό ορίζοντα πρόβλεψης [8]. 41

42 Σχήμα 3. 2 Μοντέλα πρόβλεψης ανεμοπαραγωγής [8] Εντούτοις, είναι αναπόφευκτη η ύπαρξη σφάλματος, έστω και μειούμενο καθώς εξελίσσονται τα εργαλεία πρόβλεψης κάτι που φαίνεται στο διάγραμμα 3. Συνδέεται άμεσα με το χρονικό ορίζοντα και όπως παρατηρούμε και στο διάγραμμα 4, οι προβλέψεις σ' ένα αιολικό πάρκο των 100MW παρουσιάζουν αξιοσημείωτη βελτίωση καθώς πλησιάζουμε στην ώρα παραγωγής της ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα, το σφάλμα μειώνεται κατά 50% στις τελευταίες δύο ώρες. Άρα, για την καλύτερη αξιοποίηση των εργαλείων αυτών από το Διαχειριστή συνίσταται συνεχής ανανέωση των προβλέψεων [9]. Σχήμα 3. 3 Εξέλιξη των μοντέλων πρόβλεψης [9] 42

43 Σχήμα 3. 4 Σφάλμα προβλεπόμενης παραγωγής ενέργειας σε αιολικό πάρκο των 100 MW [9] Μοντέλα πρόβλεψης ηλιακής παραγωγής Ομοίως με τα μοντέλα πρόβλεψης της ανεμοπαραγωγής, έτσι και τα μοντέλα πρόβλεψης της ηλεκτρικής ισχύος των φωτοβολταϊκών χωρίζονται σε φυσικά και στατιστικά. Στην πρόβλεψη όμως της ηλιακής ακτινοβολίας, βρίσκουν εφαρμογή πέραν των NWP και μοντέλα χαρτογράφησης νεφώσεων (cloud imagery models). Τα φυσικά μοντέλα παρέχουν ως έξοδο την εκτιμώμενη ηλιακή ακτινοβολία και βρίσκουν εφαρμογή στο βραχυπρόθεσμο και μεσοπρόθεσμο χρονικό ορίζοντα όπου πλεονεκτούν σε σχέση με τα στατιστικά. Το μειονέκτημα τους είναι ότι δεν μπορούν να προσδιορίσουν με ακρίβεια την εξέλιξη της νέφωσης και ότι υπάρχει αξιόλογη εξάρτηση από το βάθος της. Πλήθος δημοσιεύσεων ερευνητών μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι οι εκτιμήσεις τους μπορούν να βελτιωθούν με τη χρήση στατιστικών μοντέλων εξόδου (Model Output Statistics, MOS). Τα φυσικά μοντέλα χαρτογράφησης νεφώσεων προσπαθούν να εκτιμήσουν το επίπεδο νεφώσεων, πετυχαίνουν αξιόλογα αποτελέσματα μέχρι 6 ώρες στο μέλλον σύμφωνα με τη βιβλιογραφία και ασκούν καθοριστικό ρόλο στην πρόβλεψη της ηλιακής ακτινοβολίας και της ισχύος των φωτοβολταϊκών σταθμών. Οι ερευνητές χρησιμοποιώντας δεδομένα και φωτογραφίες από δορυφορικούς σταθμούς ή επίγειες κάμερες προσπάθησαν να εκτιμήσουν την κίνηση και το οπτικό βάθος νέφωσης. Σε συνθήκες ηλιοφάνειας τα μοντέλα εξάγουν πολύ καλές προβλέψεις οι οποίες όμως φθίνουν με την παρουσία νεφώσεων και κατά συνέπεια αυξάνουν σημαντικά τα σφάλματα. Σε κάθε περίπτωση οι προβλέψεις υπερείχαν του μοντέλου αναφοράς. Τα στατιστικά μοντέλα πρόβλεψης της ηλιακής ακτινοβολίας που δε λαμβάνουν υπόψη τις εξόδους των μοντέλων NWP και χαρτογράφησης νεφώσεων, βασίζονται στη στατιστική επεξεργασία παλαιότερων δεδομένων παραγωγής.υπολογίζουν την ισχύ των φωτοβολταϊκών είτε απευθείας είτε με στατιστικές μεθόδους μέσω της εκτιμώμενης ηλιακής ακτινοβολίας και τα αποτελέσματα τους πιθανόν να διορθωθούν λόγω των ιδιαίτερων συνθηκών που μπορεί να υπάρχουν σε κάθε φωτοβολταϊκό πάρκο. Τα μοντέλα που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές περιλαμβάνουν ανάλυση χρονοσειρών (AR, ARMA, ARIMA), νευρωνικά δίκτυα και υβριδικά μοντέλα. Όλα παρουσιάζουν πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα στο βραχυπρόθεσμο ορίζοντα και πολύ βελτιωμένες προβλέψεις σε σχέση με το μοντέλο αναφοράς. Ορισμένοι ερευνητές παρατήρησαν καλύτερες επιδόσεις με τη χρήση νευρωνικών δικτύων στο πολύ βραχυπρόθεσμο ορίζοντα, με το ARIMA να πλεονεκτεί σαφώς σε 24ωρες προβλέψεις καθότι αντιλαμβάνεται πιο αποτελεσματικά τον ημερήσιο κύκλο. Τέλος, η ακρίβεια των μεθόδων επηρεάζεται από τα εποχιακά χαρακτηριστικά και 43

44 όπως ήταν αναμενόμενο αυξάνονται τα σφάλματα υπό συνθήκες νέφωσης. Κατ' αντιστοιχία με την προηγούμενη ενότητα, έχουμε και τα στατιστικά μοντέλα που λαμβάνουν υπόψη τις εξόδους των NWP (θερμοκρασία, ακτινοβολία, κίνηση νεφών) τα οποία παίζουν σημαντικό ρόλο στις προβλέψεις. Προτιμώνται για βραχυπρόθεσμες και μεσοπρόθεσμες προβλέψεις καθώς οι έξοδοι των NWP δεν προλαβαίνουν να επιδράσουν στον πολύ βραχυπρόθεσμο ορίζοντα [8]. Σχήμα 3. 5 Μοντέλα πρόβλεψης φωτοβολταϊκής παραγωγής [8] Εμπορικά συστήματα Χάρη στην επίμονη προσπάθεια πολλών ερευνητικών ομάδων, αναπτύχθηκαν ολοκληρωμένα πακέτα πρόβλεψης εμπορικά διαθέσιμα. Το Predictor είναι φυσικό σύστημα, χρησιμοποιεί τις εξόδους των NWP, τροποποιεί δεδομένα ανάλογα με τη μορφολογία του εδάφους και παίρνει υπόψη του το φαινόμενο σκίασης των ανεμογεννητριών. Το ολοκληρωμένο εργαλείο WPPT (Wind Power Prediction Tool) πέραν των μετεωρολογικών προβλέψεων χρησιμοποιεί και τα πρόσφατα δεδομένα παραγωγής (on-line data) ενώ το πακέτο Zephyr συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των Predictor και WPPT. Το πακέτο AWPPT (Armines Wind Power Prediction Tool) συνδυάζει βραχυπρόθεσμα μοντέλα που βασίζονται στην ανάλυση χρονοσειρών και χρησιμοποιούν on-line μετρήσεις, μακροπρόθεσμα μοντέλα που χρησιμοποιούν ασαφή νευρωνικά δίκτυα και on-line μετρήσεις από τις εξόδους των NWP και συνδυαστικά μοντέλα για τη βέλτιστη πρόβλεψη ανάλογα με τον επιθυμητό χρονικό ορίζοντα. Τέλος, παρόμοια λογική χρησιμοποιεί και το Sipreolico που λαμβάνει υπόψη μετεωρολογικά δεδομένα και on-line μετρήσεις (SCADA). Το τελευταίο διακρίνεται για την προσαρμοστικότητα του σε αλλαγές που αφορούν είτε τη λειτουργία του πάρκου είτε το μετεωρολογικό μοντέλο και σε αναλογία με το Zephyr μπορεί να παράγει αποτελέσματα χωρίς on-line δεδομένα [8]. Τα προαναφερθέντα συστήματα είναι σε θέση να βοηθήσουν καθοριστικά το Διαχειριστή του Δικτύου. Όσο καλύτερη εικόνα έχει για την αναμενόμενη αιολική ισχύ, τόσο περισσότερο μπορεί να μειώσει τις περικοπές αιολικής ενέργειας ή/και τις 44

45 απαραίτητες εφεδρείες χωρίς το ανάλογο ρίσκο. Δηλαδή, η ισχύς των ανεμογεννητριών ως ένα ποσοστό, έστω και μικρό μπορεί να θεωρηθεί κατανεμόμενη. Η χρήση εργαλείων πρόβλεψης σε συνδυασμό με την απόκριση ζήτησης και γεννήτριες πολύ γρήγορης εκκίνησης είναι σε θέση να αυξήσουν τη διείσδυση αιολικής ενέργειας εξοικονομώντας ταυτόχρονα σημαντικά λειτουργικά κόστη. Κατ' αναλογία, αναπτύχθηκαν και ολοκληρωμένα συστήματα πρόβλεψης της φωτοβολταϊκής παραγωγής. Το SOLARFOR που εξελίχθηκε από το πανεπιστήμιο DTU της Δανίας, βασίζεται στη τεχνητή νοημoσύνη και χρησιμοποιεί ως εισόδους τις μετεωρολογικές προβλέψεις και δεδομένα πραγματικών μετρήσεων παραγωγής. Λαμβάνει υπόψη τη πορεία του ήλιου (sun tracker technology), το φαινόμενο σκίασης και επιδεικνύει αξιόλογη προσαρμοστικότητα στη μεταβολή των εξωτερικών συνθηκών [10]. To AleaModel της Aleasoft είναι ένα υβριδικό μοντέλο που συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των νευρωνικών δικτύων και μοντέλων SARIMA αξιοποιώντας τα NWP και τη χαρτογράφηση των νεφώσεων [11]. Τέλος, το εργαλείο πρόβλεψης της Vaisala βελτιώνει με στατιστικές μεθόδους που βασίζονται σε ιστορικά δεδομένα και δορυφορικές πληροφορίες τα NWP και λαμβάνει υπόψη τη νέφωση, τη μορφολογία του εδάφους και το κλίμα της περιοχής [12]. Η πρόβλεψη της φωτοβολταϊκής ισχύος, ιδιαίτερα στη περίπτωση που καλύπτει ένα αξιόλογο ποσοστό της ενεργειακής ζήτησης, μπορεί να επηρεάσει άμεσα τις αποφάσεις του Διαχειριστή. Η πλειοψηφία των φωτοβολταϊκών πάρκων συνδέονται στο Δίκτυο Διανομής και η μέγιστη παραγωγή τους συμπίπτει σχεδόν με τη πρώτη αιχμή του φορτίου όταν και το κόστος ενέργειας είναι υψηλό. Συνεπώς, τα συγκεκριμένα εργαλεία πρόβλεψης είναι σημαντικά για το προγραμματισμό των μονάδων, των εφεδρειών που θα καλύψουν τις Επικουρικές Υπηρεσίες και τη διαχείριση της συμφόρησης του Δικτύου. Στη περίπτωση που προβλέπεται η σύναψη συμβολαίων συγκεκριμένης ενέργειας από μη κατανεμόμενες ΑΠΕ, αποτελούν αναπόσπαστο εργαλείο για τους Παραγωγούς, διότι αν δεν ανταποκριθούν, προβλέπεται χρηματική ποινή που είναι επιζήμια τόσο για τους ίδιους όσο και για το ηλεκτρικό Δίκτυο που θα κληθεί να καλύψει τη διαφορά με τις μονάδες αιχμής που θα ανεβάσουν το κόστος λειτουργίας. 3.3 ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΗΣ ΠΛΕΟΝΑΖΟΥΣΑΣ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Με την αυξανόμενη διείσδυση των ΑΠΕ, καταστάσεις όπου η παραγωγή θα είναι μεγαλύτερη από τη ζήτηση θα εμφανίζονται όλο και πιο συχνά. Σε συγκεκριμένα διαστήματα (κυρίως τα Σαββατοκύριακα και ειδικά τις νυχτερινές ώρες) θα έχουμε το συνδυασμό των παρακάτω παραγόντων: Πολύ υψηλή παραγωγή αιολικής ενέργειας Χαμηλή κατανάλωση Με βάση την αρχή της προτεραιότητας για τις ΑΠΕ που καθορίζεται από τον Κώδικα ΜΔΝ, ο Διαχειριστής δεν επιτρέπεται να περιορίζει τα αιολικά πάρκα με τις εξαιρέσεις να αφορούν μόνο σε περιπτώσεις που διακυβεύεται η ασφάλεια του συστήματος. Ως αποτέλεσμα της κατάστασης αυτής, οι συμβατικές μονάδες παραγωγής θα πρέπει να ρυθμίζονται προς τα κάτω. Ωστόσο, δεν μπορούν να λειτουργήσουν κάτω από ένα ελάχιστο τεχνικό όριο, έτσι ο μόνος τρόπος μείωσης της παραγωγής τους πέραν αυτού του σημείου θα ήταν το κλείσιμό τους. Οι συμβατικές εγκαταστάσεις έχουν επίσης άλλους περιορισμούς, όπως ελάχιστο χρόνο για τη μείωση της ισχύος εξόδου, συγκεκριμένους ρυθμούς για προς τα πάνω και προς τα κάτω ρύθμιση και καθορισμένα κόστη εκκίνησης. Οι τακτικές εκκινήσεις και παύσεις αυξάνουν εξίσου το κόστος συντήρησης και λειτουργίας. Μια άλλη αιτία εμφάνισης υπερπροσφοράς είναι η ανάγκη διατήρησης σε λειτουργία ορισμένων σταθμών για λόγους 45

46 ευστάθειας του συστήματος και παροχή εφεδρείας. Συνεπώς, υπάρχουν καταστάσεις όπου είναι λογικό για ένα ηλεκτρικό σύστημα να κρατά τις γεννήτριές του σε λειτουργία και να προσφέρει την παραγόμενη ενέργεια σε αρνητικές τιμές από το σταματήσει τη λειτουργία συγκεκριμένων μονάδων για να τις επανεκκινήσει λίγο αργότερα. Σε αυτή τη περίπτωση ωστόσο, εξαρτάται από τα υπάρχοντα υποστηρικτικά πλαίσια εάν η αιολική παραγωγή παραμένει συνδεδεμένη ή όχι. Από μακροοικονομικής άποψης, θα ήταν πιο αποτελεσματικός ο περιορισμός της στο επιθυμητό επίπεδο ώστε να αποφύγουμε τις καταστάσεις έντονης υπερπροσφοράς. Από τη πλευρά της κατανάλωσης, μπορεί να γίνει προσπάθεια για συντονισμένη κατά το δυνατόν μετακίνηση φορτίου ή αύξηση των βιομηχανικών φορτίων που εκκινούν επιπρόσθετο εξοπλισμό για να επωφεληθούν από τη συγκεκριμένη κατάσταση. Στη περίπτωση όμως των αυτόνομων νησιωτικών Δικτύων, όπου η επιπλέον παραγωγή δε μπορεί να απορροφηθεί ούτε με τη προσφορά της σε αρνητικές τιμές εάν υπάρχει αυτή η δυνατότητα φυσικά, ο Διαχειριστής θα προβεί σε περικοπή ενέργειας ή και αποσυνδέσεις ολόκληρων αιολικών πάρκων αφού η αναμενόμενη αύξηση της συχνότητας θα δημιουργήσει σοβαρά προβλήματα. Ίδια αντιμετώπιση ως προς τις περικοπές ενέργειας προβλέπεται και από το Κώδικα, καθώς στα περισσότερα αυτόνομα συστήματα δεν είναι πιθανή η ύπαρξη τιμολόγησης και εκκαθαρίσεων πραγματικού χρόνου [9]. Συνεπώς, κατάλληλα πλαίσια πρέπει να σχεδιαστούν ή να προσαρμοστούν τα υπάρχοντα έτσι ώστε οι ανεμογεννήτριες να έχουν το κίνητρο (διατηρώντας τις υφιστάμενες συμβάσεις και τα σχετικά αναμενόμενα κέρδη) να μειώνουν την παραγωγή τους ή να αποσυνδέονται όταν δεν είναι οικονομικά αποδοτικό για το σύστημα να τις κρατάει σε λειτουργία. Πάντως, η υπερπροσφορά ενέργειας δεν είναι απαραίτητα δυσάρεστη, κάθε άλλο. Με την ανάπτυξη και εφαρμογή των έξυπνων μετρητών και έξυπνων Δικτύων που σχολιάσαμε στο δεύτερο κεφάλαιο, όλο και περισσότεροι πελάτες θα είναι σε θέση να ενημερώνονται εγκαίρως και έτσι να λαμβάνουν τα σήματα που θα τους επιτρέψουν να προσαρμόσουν την κατανάλωσή τους αναλόγως, σε συνάρτηση πάντα και με το είδος της σύμβασης προμήθειας. Η υπερπροσφορά ενέργειας θα προωθήσει τις επενδύσεις σε εναλλακτικές εγκαταστάσεις αποθήκευσης, οι οποίες θα επωφελούνται των εξαιρετικά χαμηλών ή και μηδενικών τιμών και θα τη παραδίδουν πίσω στο Δίκτυο σε περιόδους αιχμών. Αντίστοιχα, θα επιταχυνθούν και οι επενδύσεις σε μονάδες που παρέχουν μεγαλύτερη ευελιξία, όπως είναι τα χαμηλότερα τεχνικά όρια και κόστη εκκίνησης. Η αδυναμία συντονισμού της παραγωγής με τη ζήτηση αποδεικνύει ότι τα κατάλληλα σήματα για την επιθυμητή ισορροπία δεν επαρκούν [9]. Για τους παραπάνω λόγους, προτείνεται τα σταθερά τιμολόγια των χρηστών να εξαλειφθούν μιας και δεν επιτρέπουν να φτάσουν τα σωστά σήματα στους πελάτες για να αντιδράσουν στις τιμές της αγοράς. Η τιμολόγηση πραγματικού χρόνου δύναται να οδηγήσει σε αξιόλογη μετακίνηση φορτίων και κατά συνέπεια λιγότερες περικοπές αιολικής ενέργειας. Καθότι, είναι αρκετά σύνθετη η εφαρμογή της ιδιαίτερα για ένα αυτόνομο Δίκτυο, ο Διαχειριστής μπορεί εναλλακτικά να εκμεταλλευτεί τα τιμολόγια χρονοχρέωσης όπου θα εισάγει και ένα διάστημα ωρών με μηδενική χρέωση, αφού ενημερώσει εγκαίρως τους καταναλωτές. Προτείνεται ακόμη η τακτική δημοσίευση 46

47 των περικοπών ενέργειας ώστε να διαδίδονται επαρκώς οι πληροφορίες που θα καθοδηγήσουν τις επενδύσεις. Εν τέλει, μπορεί να γίνει και αναθεώρηση των αποθεματικών εφεδρείας για τα διαφορετικά επίπεδα ανεμοπαραγωγής προς τη κατεύθυνση μείωσής τους, με στόχο να ελαχιστοποιήσουμε τις περικοπές αιολικής ενέργειας. Ουσιαστικά προτείνουμε την ελεγχόμενη μείωση του συντελεστή εφεδρειών μη κατανεμόμενων ΑΠΕ, Cr. Βεβαία, η συγκεκριμένη πρόταση περιλαμβάνει λειτουργικούς κινδύνους. Ανάλογα με την ευρωστία του αυτόνομου ηλεκτρικού Δικτύου, προτείνεται να ενσωματωθεί περισσότερη απ' το επιτρεπτό αιολική ενέργεια, να καταγράφονται οι επιπτώσεις και να αξιολογούνται. Με τη χρήση εργαλείων πρόβλεψης για τη συνεχή ανανέωση των εκτιμήσεων, τις κατάλληλες κατευθυντήριες γραμμές για τις κρίσιμες καταστάσεις και τη συνεισφορά συστημάτων μπαταριών ή και απόκριση της ζήτησης, θα μειωθούν ως ένα βαθμό οι λειτουργικοί κίνδυνοι. Υπάρχει δε και η πιθανότητα, να μην αντιμετωπίσουμε ουσιαστικά κανένα πρόβλημα και να ενσωματώσουμε επιπλέον αιολική ενέργεια μέχρι να ανιχνευτούν οι πρώτες προκλήσεις [13]. 3.4 ΕΠΙΛΥΣΗ ΚΗΕΠ ΚΑΙ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ ΜΕ ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΥΣ Για την επίλυση των προβλημάτων του ΚΗΕΠ και του Προγράμματος Κατανομής, ο Διαχειριστής χρησιμοποιεί δόκιμες επιστημονικές μεθόδους με πρωταρχικούς του στόχους να αποτελούν η βέλτιστη ενσωμάτωση των ΑΠΕ, η ασφάλεια του ηλεκτρικού συστήματος με τη πρόβλεψη επαρκών εφεδρειών και η ελαχιστοποίηση του κόστους παραγωγής των συμβατικών σταθμών, σεβόμενος τους τεχνικούς και λειτουργικούς περιορισμούς που εισάγουν οι μονάδες παραγωγής και το Δίκτυο. Μέχρι σήμερα, έχουν χρησιμοποιηθεί διάφοροι μέθοδοι για την επίλυση των παραπάνω προβλημάτων όπως η απλή απαρίθμηση σεναρίων, ο δυναμικός προγραμματισμός και η τεχνητή νοημοσύνη. Στις πιο σύγχρονες και αποδοτικές μeθόδους όμως, συγκαταλέγονται η βελτιστοποίηση με χρήση στοχαστικού προγραμματισμού (stochastic optimization), η εύρωστη βελτιστοποίηση (robust optimization) και ο συνδυασμός δυαδικού και γραμμικού προγραμματισμού (mixed-integer linear programming-milp). Οι Tuohy και συν. [14] βελτιώνουν το εργαλείο στοχαστικού προγραμματισμού WILMAR, το οποίο με κατάλληλη μέθοδο δημιουργεί επαρκή αριθμό σεναρίων που εκπροσωπούν την εξέλιξη των αβέβαιων μεταβλητών. Κάθε σενάριο περιλαμβάνει ξεχωριστές προβλέψεις για την ανεμοπαραγωγή και το φορτίο καθώς και την αντίστοιχη πιθανότητα υλοποίησης. Στη συνέχεια, με κατάλληλη τεχνική μειώνονται τα προς εξέταση σενάρια. Η καινοτομία έγκειται στο προγραμματιστικό μοντέλο, που χρησιμοποιεί συνδυασμό δυαδικού και στοχαστικού προγραμματισμού. Βασική μέριμνα αποτελεί η διαχείριση της αβεβαιότητας στη διαδικασία ένταξης μονάδων καθώς και η ελαχιστοποίηση του συνολικού κόστους παραγωγής. Στη συγκεκριμένη εργασία, αναλύεται και η καθοριστική επίδραση του κυλιόμενου προγραμματισμού στη λειτουργία των Δικτύων. Όσο πιο συχνά ανανεώνονται οι προβλέψεις για την αιολική ενέργεια, το φορτίο και τη διαθεσιμότητα των μονάδων, τόσο μειώνονται οι ανάγκες για εφεδρεία και το κόστος λειτουργίας ενώ αυξάνεται αντίστοιχα η αποδοτικότητα του προγράμματος ένταξης και κατανομής που προτείνεται από το συγκεκριμένο μοντέλο. Ο στοχαστικός προγραμματισμός βρίσκει επίσης εφαρμογή στον προσδιορισμό των απαραίτητων συνδεδεμένων και μη εφεδρειών για την ασφαλή λειτουργία ενός συστήματος με αυξημένη διείσδυση αιολικής ενέργειας. Το μοντέλο στοχαστικού προγραμματισμού δύο επιπέδων που χρησιμοποιείται από τους Morales και συν. [15], υπολογίζει τις απαιτούμενες εφεδρείες λαμβάνοντας υπόψη και το κόστος της απόρριψης φορτίου και περικοπών αιολικής ενέργειας. Εν συνεχεία, οι Ruiwei Jiang και συν. [16] προτείνουν ένα μοντέλο εύρωστου προγραμματισμού δύο σταδίων για την επίλυση του προβλήματος της ένταξης μονάδων με ταυτόχρονη ελαχιστοποίηση του συνολικού κόστους, λαμβάνοντας υπόψη και το χειρότερο δυνατό 47

48 σενάριο. Στη προσέγγιση που ακολουθούν, ορίζουν τη παροχή αιολικής ενέργειας ως αρνητική ζήτηση και συνδυάζουν έτσι την αβεβαιότητα των δύο μεταβλητών στην αβεβαιότητα μίας, αυτής για τη ζήτηση φορτίου. Καθότι το σφάλμα πρόβλεψης της αιολικής ενέργειας είναι εγγενώς μεγαλύτερο απ' αυτό του φορτίου, ορίζεται ένα εύρος τιμών για την εξεταζόμενη μεταβλητή. Η μέθοδος της εύρωστης βελτιστοποίησης οδηγεί σε συμβιβασμούς μεταξύ των βέλτιστων και εύρωστων λύσεων και είναι πολύ δημοφιλής διότι δεν απαιτεί μεγάλη υπολογιστική ισχύ, εξετάζοντας περιορισμένο αριθμό σεναρίων. Οι συγγραφείς εξετάσανε περιπτώσεις με και χωρίς περιορισμούς για την ισχύ μεταφοράς του Δικτύου και τους ρυθμούς μεταβολής της ισχύος εξόδου των μονάδων και διεξήγαγαν μετρήσεις στο δοκιμαστικό σύστημα της IEEE, οι οποίες επιβεβαίωσαν την αποτελεσματικότητα της μεθόδου. Τέλος, οι Σίμογλου και συν. [17] προβλέπουν τη παραγωγή ενέργειας από ΑΠΕ και το μέγεθος του φορτίου χρησιμοποιώντας μοντέλα ARIMA και τεχνητά νευρωνικά δίκτυα ενώ για τη διαθεσιμότητα των μονάδων χρησιμοποιούν το μοντέλο Markov δύο καταστάσεων. Με κατάλληλους αλγόριθμους δημιουργούν αρχικά μια σειρά σεναρίων για την επίτευξη ολοκληρωμένης δειγματοληψίας που εκπροσωπεί με ακρίβεια τη στοχαστική διαδικασία και στη συνέχεια μειώνουν τον αριθμό τους καθώς απαιτείται συμβιβασμός μεταξύ της ελάχιστης απώλειας πληροφορίας και της διαθέσιμης υπολογιστικής ισχύος. Όσον αφορά τη βραχυπρόθεσμη λειτουργία, προτείνουν τρία ξεχωριστά MILP μοντέλα που δρουν συνδυαστικά κατά τη διάρκεια της ημέρας κατανομής και εφαρμόστηκαν στο νησιωτικό Δίκτυο της Κρήτης. Το πρώτο επιλύει τον ΚΗΕΠ δύο φορές τη μέρα, ώστε στη δεύτερη εκτέλεση να περιλαμβάνονται οι αναθεωρημένες προβλέψεις για το φορτίο και την παραγωγή ΑΠΕ. Ως αποτέλεσμα παρουσιάζει το πρόγραμμα ένταξης και κατανομής των μονάδων κάθε ώρα για το επόμενο 12-ώρο. Το μοντέλο του ενδοημερήσιου προγραμματισμού εν συνεχεία, επιλύεται κάθε είκοσι λεπτά με χρονικό ορίζοντα τεσσάρων ωρών συνήθως. Από την επίλυση του πρώτου μοντέλου, μόνο το αποτέλεσμα για την ένταξη των μονάδων βάσης είναι δεσμευτικό και έτσι ο ενδοημερήσιος προγραμματισμός αποφασίζει για την ένταξη μόνο των γρήγορων θερμικών σταθμών και ΑΠΕ και για την κατανομή φορτίου σε όλες τις μονάδες. Τέλος, το μοντέλο οικονομικής κατανομής πραγματικού χρόνου επιλύεται κάθε είκοσι λεπτά με ορίζοντα μιας ώρας, υλοποιείται στην ουσία με γραμμικό προγραμματισμό εφόσον η ένταξη όλων των μονάδων έχει καθοριστεί από την επίλυση των δύο προηγούμενων αλγορίθμων και δίνει ως αποτέλεσμα τις εντολές κατανομής των συνδεδεμένων μονάδων για τη κάλυψη των εφεδρειών και του φορτίου, στοχεύοντας στην ελαχιστοποίηση του κόστους του συστήματος. Συνεπώς, ο Διαχειριστής οφείλει να διερευνά και να χρησιμοποιεί τα πιο σύγχρονα εργαλεία για το προγραμματισμό της βραχυπρόθεσμης λειτουργίας του Δικτύου του, ειδικά υπό καθεστώς αυξημένης διείσδυσης ΑΠΕ. Η παραγωγή ενέργειας από μη κατανεμόμενες μονάδες επηρεάζει καθοριστικά τη λήψη αποφάσεων και έχει αντίκτυπο στη περικοπή αιολικής ενέργειας, στη λειτουργία των θερμικών μονάδων, στο καθορισμό των εφεδρειών και στο συνολικό κόστος του συστήματος. 3.5 ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΑΞΙΑΣ ΙΣΧΥΟΣ ΤΟΥ ΑΝΕΜΟΥ Η προσεκτική και ακριβής αξιολόγηση της αξίας ισχύος του ανέμου αποτελεί κρίσιμο συστατικό για την ικανοποίηση των αναγκών των πελατών και τη διατήρηση της αξιοπιστίας του συστήματος υπό καθεστώς αυξημένης διείσδυσης ΑΠΕ. Καθότι η αιολική ενέργεια είναι διακοπτόμενη, η αξία ισχύος συνιστά σημαντική πρόκληση ώστε να αποκτήσουμε την εμπιστοσύνη που απαιτείται για να αντικαταστήσει ένα μέρος της συμβατικής παραγωγής. Πριν αναθέσουμε μια αξιόπιστη τιμή, προηγείται η αξιολόγηση των ιστορικών δεδομένων διαθεσιμότητας της ισχύος και στατιστικές αναλύσεις. Από διάφορες μελέτες που έχουν γίνει το ποσοστό κυμαίνεται από 0% (Bonneville Power Administration, Nebraska Power Public 48

49 District, NorthWestern Energy) έως και πάνω από 30% (Eastern Wind Integration and Transmission Study, Hydro-Quebec, New York ISO, Portland General). Οι συγκεκριμένες αναλύσεις βέβαια διεξήχθησαν για το διασυσνεδεμένο Δίκτυο της Β. Αμερικής, οπότε παρόμοιες μελέτες για αυτόνομα νησιωτικά συστήματα οφείλουν να είναι πιο αυστηρές και από την ασφαλή πλευρά των εκτιμήσεων, εφόσον δε μπορούμε να βασιστούμε στις διασυνδέσεις για τη κάλυψη του ελλείμματος ενέργειας. Το μέτρο εμπιστοσύνης που θα καθορίσει το συγκεκριμένο ποσοστό προέρχεται από τα ιστορικά δεδομένα ανεμοπαραγωγής, το φορτίο του συστήματος και τη μεταξύ τους συσχέτιση. Όσο υψηλότερη είναι η συσχέτιση της διαθεσιμότητας σε σχέση με τις αιχμές του φορτίου, τόσο μεγαλύτερη η αξία ισχύος και το αντίστροφο. Η IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) προτείνει για αξιόπιστες μελέτες τη χρησιμοποίηση δεδομένων τουλάχιστον τεσσάρων ετών σε ωριαία ανάλυση με βάση την εμπειρία από έκθεση στην Ιρλανδία, ενώ για το NREL (National Renewable Energy Laboratory) η συλλογή δεδομένων ποικίλει από τρία έως δώδεκα χρόνια. Η εταιρεία Meco του νησιού Maui της Χαβάης διεξήγαγε μελέτη για να προσδιορίσει τα οικονομικά οφέλη από την αναβολή ή καθυστέρηση επενδύσεων σε συμβατικούς σταθμούς για τη κάλυψη του μελλοντικού φορτίου. Ορίζοντας την αξία ισχύος του ανέμου στο 5% αυθαίρετα, υπολόγισε εξοικονόμηση 70 εκατομμυρίων δολαρίων σε βάθος πεντηκονταετίας, σημαντικότατο ποσό σε σχέση με το μέγεθος του ηλεκτρικού Δικτύου [18]. Στο διάγραμμα 6 παρατηρούμε ότι η αιολική ενέργεια παρουσιάζει σε ποσοστό 4% (2,5% στη Γερμανία και 5,5% στην Ισπανία) διαθεσιμότητα ισχύος 95%, αντίστοιχη με των συμβατικών σταθμών παραγωγής [9]. Σχήμα 3.6 Συντελεστής φορτίου και διαθεσιμότητας αιολικής ενέργειας [9] Παίρνοντας υπόψη τα παραπάνω, προτείνουμε τη δημιουργία βάσης δεδομένων που θα περιλαμβάνει μεταξύ άλλων δεδομένα ανεμοπαραγωγής σε ωριαία ανάλυση ή και μικρότερα διαστήματα, τη συσχέτισή τους με τις αιχμές φορτίου, τα ποσά αιολικής ενέργειας που εισέρχονται στο σύστημα σε σχέση με τις προβλέψεις που προηγήθηκαν, τις περικοπές ενέργειας, τη ρυθμιστική εφεδρεία και τη δραστηριότητα των συστημάτων μπαταριών που αξιοποιούν μέρος της αιολική ενέργειας και συμβάλλουν στις αιχμές φορτίου. Αναμένουμε ότι με αυτά τα δεδομένα διάρκειας τουλάχιστον τεσσάρων ετών, θα γίνει μια αξιόπιστη εκτίμηση της διαθέσιμης ισχύος που θα οδηγήσει σε αναβολή συμβατικών επενδύσεων με ταυτόχρονη εξοικονόμηση χρημάτων που στη συνέχεια μπορούν να διατεθούν σε έργα ανάπτυξης ΑΠΕ και ενίσχυσης του Δικτύου για τη βέλτιστη ενσωμάτωσή τους. 49

50 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΝΕΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΑΠΕ ΚΑΙ ΣΥΜΒΑΤΙΚΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ 4.1 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΑΠΕ Οι περισσότερες από τις τεχνικές απαιτήσεις που περιγράφονται στη συνέχεια, πληρούνται ήδη από τις μη κατανεμόμενες μονάδες ΑΠΕ ενώ νέες προδιαγραφές όπως ο έλεγχος Δέλτα, η ρύθμιση φορτίου συχνότητας και η μιμούμενη απόκριση αδράνειας συστήνονται ως προϋπόθεση για την είσοδο νέων εγκαταστάσεων. Όσο αυξάνει η διείσδυση των φωτοβολταϊκών και κυρίως της αιολικής ενέργειας στο ενεργειακό μείγμα, τόσο σημαντικότερη καθίσταται η ανάγκη για τη περιγραφή τεχνικών προδιαγραφών που προσομοιώνουν τα χαρακτηριστικά των συμβατικών σταθμών. Τα σύγχρονα αιολικά πάρκα οφείλουν να αναλάβουν μεγαλύτερο μερίδιο των Επικουρικών Υπηρεσιών εφόσον η τεχνολογία το επιτρέπει, έστω και με αυξημένο κόστος. Για τη περίπτωση δε, που παλαιότερες μονάδες ΑΠΕ δεν πληρούν βασικές απαιτήσεις, πρέπει να εξεταστεί με τεχνικοοικονομικά κριτήρια η αναβάθμιση τους Κανονισμοί και απαιτήσεις ομαλής λειτουργίας 1) Λειτουργικά όρια τάσης και συχνότητας Οι ΑΠΕ θα πρέπει να παραμένουν συνδεδεμένες και να λειτουργούν κανονικά για συγκεκριμένα όρια τάσης και συχνότητας που καθορίζονται από το Διαχειριστή του Δικτύου. Τα επιτρεπτά όρια καθορίζονται από το επίπεδο τάσης του Δικτύου Μεταφοράς και Διανομής, ενώ η αποδεκτή διακύμανση συχνότητας καθορίζεται από τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του συστήματος και τη συνολική αδράνεια των εγκατεστημένων μονάδων. Είναι σημαντικό επίσης, να μπορούν να διαχειριστούν με επιτυχία εντονότερες διακυμάνσεις, μικρότερης όμως διάρκειας [19]. 2) Ρύθμιση ενεργού ισχύος Ο Διαχειριστής πρέπει να έχει την ελευθερία και την ευελιξία να ελέγχει την ενεργό ισχύ που εγχέεται στο Δίκτυο. Σε πολλές περιπτώσεις, η ενεργός ισχύς είναι υπεύθυνη για τις διακυμάνσεις τάσης στα Δίκτυα μέσης και χαμηλής τάσης και η επίδρασή της δεν εξουδετερώνεται πάντα με τον έλεγχο της άεργου ισχύος που είναι διαθέσιμη στο σύστημα [4]. Τα αιολικά και φωτοβολταϊκά πάρκα πρέπει να είναι σε θέση να αυξομειώνουν την ισχύ εξόδου μεταξύ μιας μέγιστης και ελάχιστης τιμής, και μάλιστα με δυνατότητα τηλεχειρισμού [19]. Καθώς η διείσδυση των ΑΠΕ αυξάνεται σημαντικά, οι απαιτήσεις για έλεγχο ενεργού ισχύος θα πρέπει να προβλέπονται από τον εφαρμοζόμενο Κώδικα ΜΔΝ. 3) Περιορισμός μέγιστης ισχύος Ο συγκεκριμένος κανονισμός όταν εφαρμόζεται, περιορίζει την ισχύ εξόδου των γεννητριών ΑΠΕ κάτω από τη μέγιστη τεχνική τους δυνατότητα με στόχο να μειωθούν οι διακυμάνσεις ενεργού ισχύος λόγω της μεταβλητότητας παραγωγής που εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες [19]. 50

51 4) Περιορισμός του ρυθμού μεταβολής Ο έλεγχος του ρυθμού μεταβολής, που μετριέται σε (MW/min), προστατεύει το Δίκτυο από προβλήματα συχνότητας. Η ιδέα είναι να φιλτράρονται οι πολύ γρήγορες αυξήσεις παραγωγής της αιολικής ενέργειας σε σχέση και με τη ζήτηση του φορτίου, ώστε να υπάρχει επαρκής χρόνος αντίδρασης για να μειώσουν οι συμβατικοί σταθμοί την ισχύ εξόδου τους και να αποφευχθούν εν τέλει οι έντονες διακυμάνσεις στη συχνότητα [19]. 5) Έλεγχος Δέλτα Πρόκειται για ένα τρόπο διασφάλισης στρεφόμενης εφεδρείας από ΑΠΕ. Η ισχύς εξόδου περιορίζεται τεχνητά κάτω από τη διαθέσιμη ισχύ εκείνη τη στιγμή και η διαφορά, που δεν είναι όμως σταθερή αλλά μεταβάλλεται συνεχώς, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πρωτεύουσα και δευτερεύουσα ρύθμιση. Με τον έλεγχο Δέλτα υπάρχει και η δυνατότητα υποστήριξης της τάσης μέσω της ελεγχόμενης έγχυσης άεργου ισχύος στο Δίκτυο [19]. 6) Ρύθμιση άεργου ισχύος Οι σύγχρονες γεννήτριες μόνιμου μαγνήτη και ασύγχρονες γεννήτριες διπλής τροφοδότησης αποτελούν την αποκλειστική σχεδόν επιλογή ανεμογεννήτριας σήμερα, εξαιτίας της δυνατότητας ελέγχου της άεργου ισχύος ταυτόχρονα με την παραγωγή ενεργού. Τα σύγχρονα ηλεκτρονικά ισχύος παρέχουν αυτή τη δυνατότητα και στους φωτοβολταϊκούς σταθμούς, επομένως ο έλεγχος τάσης στο σημείο σύνδεσης θεωρείται αναπόσπαστο κομμάτι των σημερινών ΑΠΕ. Για τη βελτίωση της ευστάθειας και στήριξη της τάσης του Δικτύου, ο Διαχειριστής ρυθμίζει την άεργο ισχύ των ΑΠΕ μέσα στα προκαθορισμένα όρια [19]. Πρέπει να διευκρινίσουμε σε αυτό το σημείο ότι υπάρχει μεγάλη ευχέρεια στην παραγωγή ή απορρόφηση άεργου ισχύος όταν η παροχή ενεργού κυμαίνεται σε χαμηλά επίπεδα. Όταν όμως η ενεργός πλησιάζει την ονομαστική ισχύ, η διαθεσιμότητα άεργου περιορίζεται εφόσον η φαινόμενη εξαρτάται από τη διαστασιολόγηση του αντιστροφέα. [4]. Αν λάβουμε υπόψη και τη δυνατότητα περιορισμού της ισχύος εξόδου, τότε ο Διαχειριστής είναι σε θέση να επιλέγει κάθε φορά ποια λειτουργία του αιολικού πάρκου εξυπηρετεί καλύτερα το Δίκτυο ΜΔΝ. Σχήμα 4.1 Δυνατότητες παροχής ενεργού και άεργου ισχύος αιολικού πάρκου με ανεμογεννήτριες τύπου DFIG [4] 51

52 Πιο συγκεκριμένα, ένας αιολικός σταθμός για να συνδεθεί θα πρέπει να είναι σε θέση να ανταποκριθεί σε εντολή του Διαχειριστή για λειτουργία ρύθμισης τάσης στο σημείο σύνδεσης, ρύθμισης άεργου ισχύος ή συντελεστή ισχύος και τέλος ρύθμισης άεργου ισχύος σε σχέση με τη τάση στο σημείο σύνδεσης σύμφωνα με τη χαρακτηριστική καμπύλη του παρακάτω σχήματος. Σχήμα 4.2 Χαρακτηριστική τάσης-άεργου ισχύος [1] Τα χαρακτηριστικά της καμπύλης του σχήματος 2, δηλαδή η κλίση της και η τιμή της τάσης στο σημείο σύνδεσης για μηδενική έγχυση άεργου ισχύος, καθορίζονται από το Διαχειριστή και μπορούν να μεταβάλλονται σύμφωνα με τις ανάγκες του. Το σύστημα ρύθμισης της τάσης, του συντελεστή ισχύος και της άεργου ισχύος δέχεται εντολές από το ΚΕΕ του ΜΔΝ και το αντίστοιχο αίτημα πρέπει να εκπληρώνεται σε προβλεπόμενο χρονικό διάστημα. Τέλος, ο αιολικός σταθμός επιβάλλεται να έχει δυνατότητες αυτόματης λειτουργίας και τηλεχειρισμού [1]. 7) Απόκριση φορτίου - συχνότητας Η απόκριση φορτίου - συχνότητας ή πρωτεύουσα ρύθμιση αποτελεί Επικουρική Υπηρεσία η οποία καλύπτεται από τους συμβατικούς σταθμούς παραγωγής μέσω της λειτουργίας του αναλογικού ρυθμιστή στροφών. Εάν φιλοδοξούμε σημαντικό μέρος των συμβατικών σταθμών να αντικατασταθεί από τις ΑΠΕ, τότε η απόκριση συχνότητας που είναι απαραίτητη για τον έλεγχο των αυξομειώσεων φορτίου και παραγωγής, πρέπει να θεωρείται δεδομένη από τις ανεμογεννήτριες [19]. Με κατάλληλο σύστημα που ενσωματώνεται στο κύκλωμα ελέγχου της ενεργού ισχύος και αντιλαμβάνεται τις μεταβολές της συχνότητας, δίνεται εντολή για περικοπή ενέργειας όταν η συχνότητα ξεπεράσει την ονομαστική της τιμή επιδεικνύοντας συμπεριφορά παρόμοια με αυτή των συμβατικών σύγχρονων γεννητριών. Αντίστοιχα, απελευθερώνει ισχύ όταν παρατηρείται υποσυχνότητα με τη προϋπόθεση ότι λειτουργούσε με μικρότερη από τη διαθέσιμη ισχύ εξόδου. Οι ρυθμοί μεταβολής, τα όρια συχνοτήτων και το διαθέσιμο αποθεματικό ισχύος είναι χαρακτηριστικά που μπορούν να ρυθμιστούν για να προσφέρουν τη βέλτιστη απόδοση σύμφωνα με τις ανάγκες του συστήματος και επιπλέον ευελιξία στο Διαχειριστή [20]. 52

53 Σχήμα 4.3 Πρωτεύουσα ρύθμιση σε αιολικό πάρκο [23] Παρόμοια απόκριση για τις καταστάσεις υπερσυχνότητας, προσδοκούμε και από τα φωτοβολταϊκά συστήματα. Στη περίπτωση που ξεπεραστεί το όριο αποσύνδεσης βάσει των διατάξεων του Κώδικα, η ακαριαία απώλεια ενός σημαντικού δυναμικού δύναται να επιφέρει τα αντίθετα αποτελέσματα. Για αυτό προτείνεται, οι αντιστροφείς των μεγαλύτερων Παραγωγών να αναβαθμιστούν με την εισαγωγή καμπύλης φορτίου συχνότητας. Τεχνολογικά αυτή η δυνατότητα υπάρχει για τους περισσότερους τύπους αντιστροφέων και η επιλεκτική της εφαρμογή γίνεται κυρίως για οικονομικούς λόγους [21]. 8) Μιμούμενη απόκριση αδράνειας Οι εφεδρείες ισχύος σ' ένα νησιωτικό Δίκτυο, είναι πολύ σημαντικές διότι οι συμβατικές μονάδες έχουν μικρό μέγεθος και συνεπώς περιορισμένη ροπή αδράνειας και κινητική ενέργεια για να προσδώσουν στο σύστημα κατά τη διάρκεια μεταβολών στο φορτίο. Είναι πιο ευάλωτα σε μεγάλες και γρήγορες μεταβολές της συχνότητας και για αυτό η μιμούμενη απόκριση αδράνειας αναμένεται να συμβάλλει καθοριστικά στην ευστάθεια του συστήματος υπό καθεστώς αυξημένης διείσδυσης ΑΠΕ [19]. Οι σύγχρονες ανεμογεννήτριες που υιοθετούνται πλέον κατά αποκλειστικότητα, οι λεγόμενες τύπου 3 και 4, είναι παρόμοιες με την έννοια ότι η ενεργός ισχύς τους μεταφέρεται μέσω αντιστροφέων. Το μεγάλο τους πλεονέκτημα σε σχέση με τις ανεμογεννήτριες σταθερών στροφών που συνδέονται απευθείας στο Δίκτυο και συμβάλλουν μεν στη φυσική αδράνεια αλλά μπορεί να προκαλέσουν υψίσυχνες μεταβολές στη τάση, είναι η υψηλότερη απόδοση σε μεγάλο εύρος της ταχύτητας του ανέμου και ο ξεχωριστός έλεγχος ενεργού και άεργου ισχύος που επιτυγχάνεται μέσω των ηλεκτρονικών ισχύος. Συνεπώς, η ροπή αδράνειας της γεννήτριας είναι αποδεσμευμένη από αυτή του Δικτύου, περιορίζοντας ως ένα βαθμό τη δυνατότητά του να αντιδρά αποτελεσματικά στις μεταβολές της συχνότητας. Υπό συνθήκες αυξημένης διείσδυσης της αιολικής ενέργειας, η επίδραση στην αδράνεια και στη ρύθμιση της συχνότητας γίνεται καθοριστικός παράγοντας για την αξιοπιστία, επομένως πολλοί ερευνητές εστιάζουν στην αξιοποίηση των ηλεκτρονικών ισχύος ώστε τα αιολικά πάρκα να συνδράμουν στην ευστάθεια του συστήματος [22]. 53

54 Τύπος 1: Επαγωγική γεννήτρια σταθερών στροφών Τύπος 2: Επαγωγική γεννήτρια δακτυλιοφόρου δρομέα με εξωτερικές αντιστάσεις και μεταβλητή ολίσθηση Τύπος 3: Επαγωγική γεννήτρια διπλής τροφοδότησης μεταβλητών στροφών (Doubly-Fed Induction Generator - DFIG) Τύπος 4: Σύγχρονη γεννήτρια μόνιμου μαγνήτη μεταβλητών στροφών (Permanent Magnet Sychronous Generator - PMSG) Σχήμα 4. 4 Διάφοροι τύποι ανεμογεννητριών [20] Οι περισσότερες λύσεις που προτείνονται υλοποιούνται μέσω ενός κυκλώματος ελέγχου που αυξομειώνει την ενεργό ισχύ σε σχέση με τις μεταβολές της συχνότητας. Ο έλεγχος ισχύος επιτυγχάνεται μέσω αλλαγής της θέσης των πτερυγίων ή της ονομαστικής ταχύτητας ή μέσω του μετατροπέα. Από τη πλευρά της θεωρίας αυτομάτου ελέγχου, αν το μετρούμενο μέγεθος είναι η απόκλιση της συχνότητας, τότε το ρόλο της αδράνειας παίζει ένας διαφορικός όρος σε ανάδραση. Εντούτοις, οι λύσεις που περιλαμβάνουν τη μίμηση αδράνειας είναι περιορισμένες ως προς το εύρος συχνοτήτων και κορεσμού διότι εξαρτώνται και από τη διαστασιολόγηση του μετατροπέα, σε αντίθεση με τις σύγχρονες γεννήτριες με τη φυσική αδράνεια που αντέχουν πρακτικά μέχρι να καταστραφεί ο άξονας τους. Στη βιβλιογραφία υπάρχουν πολλές διαφορετικές υλοποιήσεις του κυκλώματος ελέγχου [22]. Γεγονός όμως είναι ότι η μιμούμενη απόκριση αδράνειας αναμένεται να βοηθήσει καθοριστικά παρά τους όποιους περιορισμούς, εφόσον έχει διαπιστωθεί ότι η αυξημένη συμμετοχή των ανεμογεννητριών στο ενεργειακό μείγμα μειώνει το κατώτερο σημείο που μπορεί να φτάσει η συχνότητα μετά την απώλεια μέρους της παραγωγής. Βοηθά το σύστημα να κερδίσει χρόνο μέχρι να αντιδράσει η πρωτεύουσα ρύθμιση των συμβατικών σταθμών, αν και εξαρτάται από τις επικρατούσες συνθήκες του ανέμου ως ένα βαθμό [20]. Τέτοιες λύσεις είναι εμπορικά διαθέσιμες από τους κατασκευαστές και εξαρτάται από τη νομοθεσία η πλήρης αξιοποίησή τους. Από ένα επίπεδο διείσδυσης και πάνω συστήνεται ως υποχρεωτική η μιμούμενη απόκριση αδράνειας και η συμμετοχή στη πρωτεύουσα ρύθμιση από τις ανεμογεννήτριες. Η συνδυαστική τους δράση επιδρά καθοριστικά στην ευστάθεια του συστήματος όπως φαίνεται και στα παρακάτω διαγράμματα. 54

55 Σχήμα 4.5 Απόκριση συχνότητας με 20% διείσδυση αιολικής ενέργειας [23] Σχήμα 4.6 Απόκριση συχνότητας με 50% διείσδυση αιολικής ενέργειας [23] Ειδικές απαιτήσεις για περιπτώσεις διαταραχών 1) Ικανότητα αδιάλειπτης λειτουργίας σε σφάλματα Δικτύου Καθώς αυξάνεται η διείσδυσή των ΑΠΕ, η συμπεριφορά τους σε σφάλματα Δικτύου έχει πλέον αποκτήσει ιδιαίτερη σημασία. Παλαιότερα, συνηθίζονταν η άμεση διακοπή σε συνθήκες χαμηλής τάσης ώστε να προστατευτεί ο εξοπλισμός. Από πλευράς ευστάθειας όμως, η διακοπή λειτουργίας ενός αιολικού πάρκου μπορεί να καθυστερήσει σημαντικά τη διαδικασία αποκατάστασης καθότι το Δίκτυο υποστηρίζεται από λιγότερες μονάδες. Σ' ένα αυτόνομο ΜΔΝ με μεγάλο ποσοστό ΑΠΕ, η αποσύνδεση ενός σημαντικού αιολικού σταθμού είναι ικανή να προκαλέσει σοβαρά προβλήματα συχνότητας και στη περίπτωση που δεν υπάρχει επαρκής εφεδρεία αυξάνονται σημαντικά και οι πιθανότητες για ολική κατάρρευση του συστήματος. Καθίσταται απαραίτητος λοιπόν, ο προσδιορισμός των σφαλμάτων που πρέπει να αντέχουν οι ΑΠΕ προτού αποσυνδεθούν, ώστε να συμβάλλουν στην ευστάθεια του συστήματος αντί να δημιουργούν προβλήματα από τις παροδικές βυθίσεις τάσης. Συνήθως, προβλέπεται κατάλληλο διάγραμμα τάσης - χρόνου που προσδιορίζει επακριβώς το μέγεθος και τη διάρκεια των βυθίσεων πέραν των οποίων επιδιώκεται αποσύνδεση για τη προστασία του εξοπλισμού [19]. Για περιοχές εκτός του διαγράμματος επιτρέπεται σύντομη αποσύνδεση, 55

56 ο Διαχειριστής όμως μπορεί να θέσει προδιαγραφές για το χρόνο επανασυγχρονισμού και το ρυθμό ανάληψης ισχύος με το πέρας του σφάλματος [1]. Σχήμα 4.7 Καμπύλη τάσης για αδιάλειπτη λειτουργία ανεμογεννήτριας [1] Οι κανονισμοί των ηπειρωτικών Δικτύων κατά μέσο όρο διατηρούν σε συγχρονισμό αιολικά πάρκα για παροδικές βυθίσεις τάσης έως 20% της ονομαστικής, στα νησιωτικά συστήματα όμως το όριο συνήθως κατεβαίνει [19]. Ο Κώδικας ΜΔΝ στις Κανάριες Νήσους προβλέπει υποστήριξη σχεδόν μηδενικής τάσης στο σημείο σύνδεσης για μισό δευτερόλεπτο ενώ ο ελληνικός για βυθίσεις τάσης έως 15%. Σχήμα 4.4 Καμπύλη τάσης για αδιάλειπτη λειτουργία ανεμογεννήτριας σύμφωνα με το Κώδικα ΜΔΝ των Κανάριων Νήσων [19] 56

57 2) Απόκριση άεργου ισχύος Έχει παρατηρηθεί πως ο έλεγχος άεργου ρεύματος αποτελεί καθοριστικό παράγοντα στη γρηγορότερη αποκατάσταση των μεταβολών τάσης. Έως ότου εκκαθαριστεί πλήρως ένα σφάλμα βύθισης, οι ανεμογεννήτριες εγχέουν άεργο ρεύμα [19]. Αντίστοιχα, μέσω της απορρόφησης, αντιμετωπίζονται τα προβλήματα υπερτάσεων. Ο Διαχειριστής προσδιορίζει τα όρια λειτουργίας του συγκεκριμένου ελέγχου και το χρόνο αντίδρασής του [1]. Σχήμα 4. 8 Άεργο ρεύμα εξόδου κατά τη διάρκεια μεγάλων μεταβολών της τάσης [1] Σχήμα 4.9 Άεργο ρεύμα εξόδου κατά τη διάρκεια βυθίσεων τάσης σύμφωνα με το Κώδικα ΜΔΝ των Κανάριων Νήσων [19] 57

58 4.1.3 Αναβάθμιση παλαιότερων αιολικών σταθμών με χρήση έξυπνων αντιστροφέων Μια νέα επένδυση προφανώς και θα σχεδιαστεί για να καλύπτει τις προαναφερθείσες τεχνικές απαιτήσεις. Είναι πιθανό όμως, παλαιότερα αιολικά πάρκα να μην είναι σε θέση να ανταποκριθούν στις προδιαγραφές. Τα Δίκτυα Μεταφοράς και Διανομής αντιμετωπίζουν ήδη διάφορα προβλήματα λόγω της αυξανόμενης διείσδυσης των ΑΠΕ και αυτό μας οδηγεί σε πιο αυστηρούς κώδικες συμμόρφωσης που στοχεύουν στην ασφαλή λειτουργία. Ο S&C PureWave DSTACOM Distributed Static Compensator είναι μία από τις προτεινόμενες λύσεις για αιολικά πάρκα που δεν μπορούν να κάνουν έλεγχο τάσης και συντελεστή ισχύος. Χρησιμοποιεί τεχνολογία αντιστροφέα πηγής τάσης και διενεργεί διαμόρφωση εύρους παλμών. Μπορεί να συνδυαστεί με μεταγόμενα κυκλώματα διακλάδωσης πυκνωτών σε ένα υβριδικό σύστημα αντιστάθμισης ισχύος και έτσι αποτελεί ικανοποιητική λύση για δυναμικό έλεγχο του συντελεστή ισχύος στο σημείο σύνδεσης. Ο χρόνος απόκρισης υπαγορεύεται από τα διακοπτικά στοιχεία και για να πετύχει το στόχο του χρησιμοποιεί αλγορίθμους αποκατάστασης της τάσης πάνω στη γραμμή συλλέγοντας δεδομένα τάσης και ρεύματος από το σημείο σύνδεσης τα οποία μεταδίδονται μέσω SCADA. Ο υβριδικός αντισταθμιστής άεργου ισχύος προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους μηχανικούς πυκνωτές για διόρθωση του συντελεστή ισχύος που εφαρμόζονται στα τερματικά χαμηλής τάσης των ανεμογεννητριών. Μπορεί να ελέγξει δυναμικά το αιολικό πάρκο χωρίς να χρειάζεται να αλλάξουμε τους συντελεστές ισχύος αναφοράς και έτσι αυξάνεται γενικά η ταχύτητα απόκρισης. Ο συντελεστής ισχύος της κάθε ανεμογεννήτριας μπορεί να ρυθμιστεί κοντά στη μονάδα μειώνοντας το άεργο ρεύμα που ρέει στους μετασχηματιστές ανύψωσης και συνεπώς τις απώλειες. Τέλος υποκαθιστά το σύστημα διαχείρισης της άεργου ισχύος στο αιολικό πάρκο. Πολύ σημαντικά επίσης είναι και τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζονται στον υποσταθμό: Ο συντελεστής ισχύος στο σημείο σύνδεσης μπορεί να ελεγχθεί με μεγαλύτερη ακρίβεια σ' ολόκληρο το φάσμα της ισχύος εξόδου του αιολικού πάρκου. Το δυναμικό εύρος άεργου ισχύος των αντιστροφέων μειώνει ουσιαστικά τους διακοπτικούς χειρισμούς που απαιτούνται και αυξάνεται η διάρκεια ζωής της συστοιχίας των πυκνωτών και των διακοπτικών στοιχείων. Ο αλγόριθμος ελέγχου της συσκευής μοιράζει τη φόρτιση στις συστοιχίες πυκνωτών προκαλώντας ομοιόμορφη φθορά στα διακοπτικά στοιχεία και αυξάνοντας συνολικά τη διάρκεια ζωής του συστήματος. Σχήμα Μετρήσεις σε αιολικό πάρκο [24] Στις περιπτώσεις που οι ανεμογεννήτριες εξοπλίζονται με πυκνωτές για διόρθωση του συντελεστή ισχύος, πρέπει να δοθεί προσοχή στις συνθήκες συντονισμού που μπορεί να δημιουργηθούν. Εάν εντοπιστούν συντονισμοί σε χαρακτηριστικές αρμονικές συχνότητες 58

59 όπως η 5 η,7 η, 11 η,13 η κ.ο.κ. τότε οι συστοιχίες πυκνωτών του υβριδικού αντισταθμιστή μπορούν να μετατραπούν σε φίλτρα αρμονικών. Η μεταβλητότητα της αιολικής παραγωγής είναι ένα ακόμη πρόβλημα που μπορεί να διαχειριστεί η προτεινόμενη συσκευή. Συνδυάζοντας τη δράση της με συστοιχίες υπερπυκνωτών, εξομαλύνει την ισχύ εξόδου του αιολικού πάρκου. Οι υπερπυκνωτές αποθηκεύουν και αποφορτίζουν ανάλογα με τις αιχμές που παρουσιάζονται στη παραγωγή ενέργειας [24]. Σχήμα Εξομάλυνση της ισχύος εξόδου και μείωση του ρυθμού μεταβολής της [25] Συνεπώς, οι έξυπνοι αντιστροφείς σε συνδυασμό με πυκνωτές βοηθούν στη διενέργεια ελέγχου τάσης και ρύθμισης άεργου ισχύος, στο δυναμικό έλεγχο του συντελεστή ισχύος στο σημείο σύνδεσης όπως επίσης και στη παροχή ποιοτικής ισχύος αποκόπτοντας τις αρμονικές ρεύματος. Σε συνδυασμό με υπερπυκνωτές συμβάλλουν στο περιορισμό του ρυθμού μεταβολής και στην εξομάλυνση της ισχύος εξόδου ενός αιολικού πάρκου που αρχικά δεν είχε τις τεχνολογικές δυνατότητες για τη τήρηση βασικών προδιαγραφών ένταξης και λειτουργίας. Η επιπρόσθετη εγκατάσταση ενός συστήματος τηλεχειρισμού θα βοηθήσει στη τήρηση των υποχρεώσεων ως προς το Κώδικα ΜΔΝ. Εφόσον επιλύονται προβλήματα που διαφορετικά θα εμπόδιζαν τη περαιτέρω διείσδυση των ΑΠΕ, συστήνονται τέτοιου είδους τεχνολογικές αναβαθμίσεις σε παλαιότερες εγκαταστάσεις. 59

60 4.2 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΚΑΙ ΕΚΣΥΓΧΡΟΝΙΣΜΟΣ ΣΥΜΒΑΤΙΚΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΜΕ ΣΤΟΧΟ ΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΗ ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΤΩΝ ΑΠΕ Στο μελλοντικό μείγμα παραγωγής ενέργειας θέλουμε να συμμετέχουν κατά το μέγιστο δυνατό βαθμό οι ΑΠΕ. Στην αντιμετώπιση των προβλημάτων ένταξης και λειτουργίας που εισάγει ο διακοπτόμενος χαρακτήρας και η περιορισμένη προβλεψιμότητα της ηλιακής και αιολικής ενέργειας, καθοριστικό ρόλο παίζουν οι μονάδες συμβατικής παραγωγής που καλύπτουν με εφεδρείες ισχύος τις μεταβολές στη παραγωγή ενέργειας. Συνεπώς, για την ασφαλή λειτουργία του Δικτύου, το σύνολο των συμβατικών μονάδων οφείλει να έχει συγκεκριμένα χαρακτηριστικά και να επιδέχεται βελτιώσεις που προωθούν τη περαιτέρω ενσωμάτωση και αξιοποίηση των ΑΠΕ. Ο κατανεμόμενος χαρακτήρας τους βοηθά στην επίλυση του ΚΗΕΠ και του Προγράμματος Κατανομής, στη ρύθμιση της ισχύος εξόδου ανάλογα με τις εντολές του Διαχειριστή ενώ μέσω του ρυθμιζόμενου στατισμού τους αντιδρούν γρήγορα στην απόσβεση των μεταβολών της συχνότητας. Οι μονάδες με δυνατότητα πολύ γρήγορης εκκίνησης διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στην ανάληψη φορτίου όποτε ζητηθεί σε αντίθεση με τις συνδεδεμένες εφεδρείες που παρουσιάζουν υψηλότερο κόστος διαθεσιμότητας. Σε κάθε περίπτωση είναι επιβεβλημένη η δυνατότητα ρύθμισης τάσης και συχνότητας για την εύρυθμη λειτουργία του συστήματος. Άλλο επιθυμητό χαρακτηριστικό είναι οι μονάδες αυτές να λειτουργούν όσο το δυνατόν αδιάλειπτα σε σφάλματα δικτύου, είτε αυτά είναι βυθίσεις τάσης είτε βραχυκυκλώματα διότι στην αντίθετη περίπτωση θα μπορούσαν να συμπαρασύρουν όλο το ηλεκτρικό σύστημα. Ένας από τους πιο συχνούς περιορισμούς στην επίλυση του ΚΗΕΠ είναι η ελάχιστη έξοδος των μονάδων. Έτσι, η ικανότητα λειτουργίας σε ακόμα χαμηλότερα φορτία θα βοηθήσει σίγουρα στην ενσωμάτωση περισσότερης αιολικής ενέργειας. Τέλος, η υψηλότερη θερμική απόδοση των μονάδων θα συμβάλλει στη μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος και η δυνατότητα ημερήσιας και εποχιακής εναλλαγής λειτουργίας θα διευκολύνει το πρόγραμμα συντήρησης μονάδων και τη κάλυψη του εποχιακού φορτίου που αυξάνεται αισθητά το καλοκαίρι στα νησιωτικά Δίκτυα λόγω του τουρισμού και των επιπρόσθετων αναγκών σε ψύξη / κλιματισμό [13]. Οι μονάδες με τα παραπάνω χαρακτηριστικά χρησιμοποιούν είτε ορυκτά καύσιμα (άνθρακα, πετρέλαιο, φυσικό αέριο) είτε το φιλικό προς το περιβάλλον βιοαέριο που οφείλουμε να τα προτιμούμε όταν είναι διαθέσιμο. Στο επιθυμητό σύστημα παραγωγής ενέργειας, ίσως είναι απαραίτητες ορισμένες μεγάλες θερμικές μονάδες βάσης, ανάλογα και με το εκάστοτε νησιωτικό Δίκτυο βέβαια, αλλά οπωσδήποτε θα περιλαμβάνει ένα σύνολο μικρότερων και πιο ευέλικτων γεννητριών. Εάν είναι στόχος μας η βέλτιστη ενσωμάτωση των ΑΠΕ, η ευελιξία του συστήματος παραγωγής αποτελεί προϋπόθεση. Στη συνέχεια ακολουθούν προτάσεις για τον εκσυγχρονισμό της διαδικασίας παραγωγής από συμβατικούς σταθμούς: 1. Απενεργοποίηση ή απόσυρση των παλαιότερων μονάδων παραγωγής. Προτείνεται η απενεργοποίηση των παλαιότερων και πιο ρυπογόνων μονάδων παραγωγής και η μερική αντικατάστασή τους με μικρότερες, ευέλικτες και γρήγορης εκκίνησης μονάδες που θα βοηθήσουν στην περαιτέρω ένταξη ανανεώσιμης ενέργειας. Χρειάζεται πρωτίστως, να γίνουν μελέτες που θα διασφαλίζουν την επάρκεια ισχύος για τα επόμενα χρόνια καθώς και να προταθούν λύσεις που θα υποκαθιστούν τα αποθέματα εφεδρείας που καλύπτουν οι προς απόσυρση μονάδες ώστε να μην δημιουργηθούν προβλήματα στην ομαλή λειτουργία του Δικτύου ή απρόσμενες διακοπές τροφοδότησης. Επίσης, πρέπει να ληφθεί υπόψη η τοποθεσία των μονάδων αυτών για τυχόν επιπτώσεις τόσο στη δυνατότητα ρύθμισης της τάσης και της συχνότητας σε συγκεκριμένα σημεία του Δικτύου όσο και στην 60

61 υπερφόρτωση συγκεκριμένων γραμμών μεταφοράς και μετασχηματιστών. Είναι απαραίτητο δε, κατά τη διαδικασία απόσυρσης να υπάρχει συνεχής ενημέρωση για τις επικρατούσες συνθήκες καθώς τα νέα δεδομένα μπορούν να οδηγήσουν σε αναβολή απενεργοποίησης μιας μονάδας ή σε ανάγκη δημιουργίας κάποιας άλλης σε συγκεκριμένη τοποθεσία. Τέλος, μία ή περισσότερες από τις παροπλισμένες μονάδες θα πρέπει να είναι σε θέση να επαναλειτουργήσουν σχετικά γρήγορα ώστε να καλύψουν μία απρόσμενη αύξηση φορτίου, σημαντικές βλάβες σε άλλες γεννήτριες ή γραμμές μεταφοράς ή και για να αντεπεξέλθει το ηλεκτρικό σύστημα σε φυσικές καταστροφές [13]. 2. Αλλαγές στα λειτουργικά χαρακτηριστικά των υπαρχόντων μονάδων. Για τα εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που βάση σχεδίου δεν προκρίνεται η απενεργοποίηση τους, προτείνονται αλλαγές στα ηλεκτρικά και μηχανολογικά χαρακτηριστικά τους ούτως ώστε να καλύψουν το αναμενόμενο φορτίο και να παρέχουν Επικουρικές Υπηρεσίες με μεγαλύτερη ευελιξία. Ο Διαχειριστής του Δικτύου, οι αρμόδιες υπηρεσίες και οι ιδιώτες επενδυτές θα προβούν σε αλλαγές σε συγκεκριμένες διαδικασίες και ελέγχους καθώς και στις απαραίτητες επενδύσεις εξοπλισμού με στόχο να λειτουργούν πιο εύκολα σε ημερήσιο ή εποχιακό κύκλο, να μειωθεί περισσότερο η ελάχιστη ισχύς εξόδου, να βελτιωθεί η απόκριση του ρυθμιζόμενου στατισμού και να μπορούν να χρησιμοποιηθούν διαφορετικά καύσιμα [13]. 3. Κατασκευή σύγχρονων μονάδων παραγωγής με έμφαση στη δυνατότητα γρήγορης εκκίνησης και ταυτόχρονης καύσης ορυκτών και ανανεώσιμων καυσίμων. Οι συγκεκριμένες μονάδες θα αντικαταστήσουν τις παλιές και ρυπογόνες της πρώτης πρότασης. Η δυνατότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ταυτόχρονα από πετρέλαιο, φυσικό αέριο και βιοκαύσιμα είναι μεγάλο πλεονέκτημα διότι μπορεί να ρίξει σημαντικά το κόστος παραγωγής. Ανάλογα με το ποιο καύσιμο είναι φτηνότερο κάθε χρονική στιγμή ή διαθέσιμο, μπορεί να γίνει και η ανάλογη επιλογή καθώς και ο μελλοντικός προγραμματισμός [13]. Επιπλέον, ανάλογα με τη γεωργική, δασική, αλιευτική και κτηνοτροφική δραστηριότητα του εκάστοτε νησιού, μπορεί να υπάρχουν σημαντικές ποσότητες βιομάζας. Άχυρα, στελέχη βαμβακιάς, κλαδιά δέντρων, πριονίδι, φύκη, κτηνοτροφικά απόβλητα και το βιολογικό μέρος των λυμάτων και σκουπιδιών μπορούν να αξιοποιηθούν ενεργειακά. Ανάλογα με το κλίμα δύναται να ευδοκιμούν και ενεργειακές καλλιέργειες όπως ζαχαρότευτλα, καλαμπόκι, και σιτάρι [26]. Τα τελευταία χρόνια, τα βιοκαύσιμα ανταγωνίζονται σε τιμή ορισμένα παράγωγα πετρελαίου υψηλής ποιότητας και εφόσον αποτελούν εγχώριο ανανεώσιμο πόρο, οφείλουμε να τον εκμεταλλευτούμε. 4. Μετατροπή των πετρελαϊκών μονάδων παραγωγής σε μονάδες που χρησιμοποιούν υγροποιημένο φυσικό αέριο (Liquefied Natural Gas - LNG). Το φυσικό αέριο κερδίζει τα τελευταία χρόνια σε ανταγωνιστικότητα διεθνώς. Τόσο η πτώση της τιμής όσο και η εξέλιξη της τεχνολογίας σε θέματα μεταφοράς και αποθήκευσης, το καθιστούν πολύ ανταγωνιστικό σε σχέση με το diezel χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο. Συνεπώς, η συγκεκριμένη επιλογή είναι προς το συμφέρον των πολιτών, εφόσον το μεγαλύτερο κόστος στην παραγωγή ενέργειας εμπεριέχεται στα καύσιμα. Επίσης, είναι το πιο φιλικό στο περιβάλλον ορυκτό καύσιμο με 30% περίπου λιγότερες εκπομπές σε διοξείδιο του άνθρακα σε σχέση με τα πετρελαιοειδή και ως εκ τούτου προκρίνεται και για περιβαλλοντικούς λόγους. Για τη μεταφορά και την αξιοποίηση του φυσικού αερίου απαιτούνται συγκεκριμένες εγκαταστάσεις που ενδέχεται να ανεβάσουν το κόστος, μόνο όμως βραχυπρόθεσμα. Ίσως, χρειαστούν τροποποιήσεις στο εμπορικό λιμάνι για την υποδοχή των μεγάλων φορτηγών-πλοίων που θα το μεταφέρουν ενώ είναι δεδομένες οι δαπάνες για την αποθήκευσή του, για τις εγκαταστάσεις μετατροπής του σε αέρια μορφή και για τη διανομή του στους σταθμούς παραγωγής [13]. 61

62 4.3 ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΝΕΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΑΠΟ ΑΠΕ ΚΑΙ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥΣ ΣΤΑΘΜΟΥΣ Αξιοποίηση απορριμμάτων για παραγωγή ενέργειας Στα πλαίσια της μελέτης που στοχεύει στη βέλτιστη εκμετάλλευση του ανανεώσιμου δυναμικού ενός νησιού, κρίνεται σκόπιμο να αναφερθούμε στην πρότυπη διεθνώς εγκατάσταση της H-Power που ενσαρκώνει το πρόγραμμα της Χονολουλού για διαχείριση σκουπιδιών και ανάκτησης ενέργειας. Οι καινοτομίες της H-Power στη παραγωγή ενέργειας συνδυάζουν μοντέρνες τεχνολογίες στη μαζική καύση και δημιουργία καυσίμων προερχόμενα από απορρίμματα. Πρόκειται για ανανεώσιμη μορφή που εκμεταλλεύεται το 50% περίπου των στερεών αποβλήτων του νησιού Oahu και έχει αποτρέψει τη χρησιμοποίηση πολύ μεγάλων εκτάσεων ως χώρους υγειονομικής ταφής. Επιτυγχάνει έτσι την αποτελεσματική διαχείριση των μη ανακυκλώσιμων απορριμμάτων τηρώντας ταυτόχρονα όλους τους περιβαλλοντικούς κανονισμούς. Η συμβολή της είναι καθοριστική στην βιωσιμότητα του νησιού καθώς επιλύει ένα διαχρονικό πρόβλημα και ταυτόχρονα αποτρέπει τη χρησιμοποίηση ενός εκατομμυρίου βαρελιών πετρελαίου το χρόνο, μειώνοντας ουσιαστικά τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου. Η υγειονομική ταφή, εκτός του γεγονότος ότι απαιτεί σημαντικές εκτάσεις για τη συνεχή απόθεσή τους, δημιουργεί σοβαρά προβλήματα στο περιβάλλον ενώ η μεταφορά των σκουπιδιών με πλοίο αποδεικνύεται εξαιρετικά κοστοβόρα. Οι σύγχρονες τεχνολογίες και ο προσεκτικός σχεδιασμός της εγκατάστασης επιτυγχάνουν τη παραγωγή 625 kwh ενέργειας ανά τόνο εξυπηρετώντας περίπου το 10% του φορτίου του Δικτύου. Η οικονομική βιωσιμότητα ενός τέτοιου σχεδίου έχει σοβαρές προοπτικές, ειδικά στα νησιά που εξαιτίας των εισαγόμενων καυσίμων το κόστος ενέργειας είναι πολύ υψηλό. Στη περίπτωση του Oahu, που η τιμή είναι περίπου 0.37$ / kwh, η H-Power απέφερε ετήσια έσοδα 30 εκατομμυρίων δολαρίων. Είναι μακράν η πιο αποτελεσματική και αποδοτική μέθοδος διαχείρισης απορριμμάτων καθώς η συγκεκριμένη εγκατάσταση μπορεί να τροφοδοτεί με ρεύμα σπίτια καθημερινά και με τα 75 MW εγκατεστημένης ισχύος αποτελεί ένα πολύ σημαντικό σταθμό βάσης πλήρως κατανεμόμενο. Επιπρόσθετα, συμβάλλει στην ανακύκλωση χιλιάδων τόνων μετάλλου κάθε χρόνο ενώ με την εξέλιξη της τεχνολογίας και τις συνεχείς βελτιώσεις που επιδέχεται, αξιοποιεί ολοένα και περισσότερα είδη αποβλήτων. Ο σταθμός λειτουργεί επί 24-ώρου βάσεως και προσφέρει πολλές θέσεις εργασίας στην τοπική κοινωνία [27]. Η συγκεκριμένη πρόταση βρίσκει εφαρμογή σε νησιά μεγάλου μεγέθους, εξαιτίας κυρίως του κόστους επένδυσης. Συστήνεται ακόμη και αν τα έσοδα από τη παραγωγή ενέργειας είναι αρκετά μειωμένα διότι η ενέργεια αυτή είναι ανανεώσιμη και πλήρως κατανεμόμενη. Επιπρόσθετα, η πρώτη ύλη για το συγκεκριμένο σταθμό αυξάνεται λόγω του τουρισμού μαζί με τις ενεργειακές ανάγκες, επιλύοντας ταυτόχρονα το πρόβλημα της διαχείρισης σκουπιδιών. Μια τέτοια επένδυση μπορεί να γίνει με δημόσια κεφάλαια όπως και στη περίπτωση του Oahu, λόγω του αργού ρυθμού απόσβεσης. Τα 62

63 περιβαλλοντικά οφέλη στη συγκεκριμένη περίπτωση θα μπορούσαν χωρίς υπερβολή να χαρακτηριστούν ανυπολόγιστα Υβριδικοί Σταθμοί παραγωγής ενέργειας Υβριδικό Σταθμό ονομάζουμε μια εγκατάσταση παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας η οποία με τη βοήθεια ενός συστήματος ελέγχου συνδυάζει τη συμβατική παραγωγή, με τις ΑΠΕ και τα συστήματα αποθήκευσης [28]. Πρόκειται για μία πολύ έξυπνη λύση προς την κατεύθυνση της αξιόπιστης και ποιοτικής τροφοδοσίας των καταναλωτών των νησιωτικών Δικτύων διότι συνδυάζει τα πλεονεκτήματα της κατανεμημένης συμβατικής παραγωγής που μπορεί να εγγυηθεί για συγκεκριμένη ισχύ και τα πλεονεκτήματα των ανανεώσιμων πηγών που προσφέρουν ενέργεια φιλική προς το περιβάλλον με σχεδόν μηδενικό κόστος παραγωγής. Βέβαια, παρουσιάζονται πολλά προβλήματα στο συνήθως ασθενές αυτόνομο Δίκτυο των νησιών λόγω της διακοπτόμενης φύσης αυτών των πηγών και εδώ ακριβώς είναι που έρχεται να συμβάλλει το σύστημα αποθήκευσης. Εάν το επιτρέπει η μορφολογία του εδάφους προτιμάται υδραντλητικό ή σύστημα αποθήκευσης πεπιεσμένου αέρα καθώς μπορούν να αποθηκεύσουν μεγάλα ποσά ενέργειας, σε πολλές περιπτώσεις όμως θα συναντήσουμε συστήματα μπαταριών. Οι Υβριδικοί Σταθμοί παραγωγής ποικίλουν από μερικά kw έως και αρκετά MW ανάλογα με το ρόλο που έχουν να επιτελέσουν και όπως είναι λογικό οι μπαταρίες συναντώνται στα μικρότερα συστήματα. Βασικός ρόλος των ΑΠΕ είναι να φροντίζουν για τη πλήρωση των συστημάτων αποθήκευσης ούτως ώστε να είναι σε θέση να συμβάλλουν όποτε χρειαστεί, είτε για κάλυψη φορτίου είτε για ρύθμιση συχνότητας. Όσον αφορά τη συμβατική παραγωγή, συνήθως είναι γεννήτρια diesel ή φυσικού αερίου αλλά θα μπορούσε να χρησιμοποιεί και βιομάζα ή βιοαέριο ως εναλλακτικό καύσιμο. Σχήμα 4.12 Υβριδικός σταθμός με diezel και αιολική ενέργεια στις Ολλανδικές Αντίλλες συνολικής ισχύος 25MW. (5x2.85 MW γεννήτριες diezel, 1x11 MW ανεμογεννήτριες + 3 MW αποθήκευση ενέργειας με μπαταρίες νικελίου-καδμίου) [29] Το μικρό νησί Bonaire στις Ολλανδικές Αντίλλες με πληθυσμό κατοίκων και γνωστός προορισμός για καταδύσεις, στοχεύει στην 100% ανανεώσιμη παραγωγή ενέργειας από την 63

64 εικονιζόμενη εγκατάσταση. Προς το παρών, οι γεννήτριες τροφοδοτούνται με diezel, είναι όμως στα άμεσα σχέδια η αντικατάστασή του με βιοκαύσιμα που θα προέρχονται από φύκη που υπάρχουν σε αφθονία. Θα αποτελέσει συνεπώς τη μεγαλύτερη υβριδική μονάδα παγκοσμίως με αιολική ενέργεια και βιοκαύσιμα. [30] Σύμφωνα με τον ελληνικό Κώδικα ΜΔΝ [1], οι Υβριδικοί Σταθμοί ακολουθούν ειδικούς κανόνες ένταξης και λειτουργίας. Ως συνολική οντότητα, υποβάλλουν προσφορές στον ΚΗΕΠ τόσο για εγγυημένη ενέργεια όσο και για την κάλυψη των απαραίτητων Επικουρικών Υπηρεσιών. Αντιθέτως, οι μονάδες ΑΠΕ δεν συμμετέχουν από μόνες τους στην κατάρτιση των προγραμμάτων ΚΗΕΠ και λειτουργούν σε μία ή περισσότερες (συνδυαστικά) από τις ακόλουθες περιπτώσεις: 1. Πρωταρχικός τους ρόλος είναι η φόρτιση των μονάδων αποθήκευσης του Υβριδικού Σταθμού. 2. Σε δεύτερο χρόνο δύναται να υποκαταστήσουν μέρος της παραγωγής που προέρχεται από τη συμβατική μονάδα και το σύστημα αποθήκευσης. Αθροιστικά όμως, η εγχεόμενη ενέργεια δε πρέπει να ξεπεράσει τη συμφωνημένη που προήλθε από εντολή του διαχειριστή. Σε κάθε τέτοια περίπτωση, τόσο η κατανεμόμενη μονάδα όσο και το αποθηκευτικό σύστημα πρέπει να διασφαλίζουν την απαιτούμενη εφεδρεία προς τις μονάδες ΑΠΕ. 3. Στη περίπτωση όπου δεν υπάρχει κανένας περιορισμός παραγωγής για τις υπόλοιπες μονάδες ΑΠΕ του νησιού, τότε οι αντίστοιχες του Υβριδικού Σταθμού εγχέουν απευθείας ενέργεια στο Δίκτυο μετά από σχετική εντολή κατανομής από το Διαχειριστή. Πρόκειται για πρόσθετη παραγωγή ενέργειας, πέραν αυτής που συμφωνήθηκε και καλύπτεται από τη κατανεμόμενη μονάδα και το σύστημα αποθήκευσης. Πέραν των ξεκάθαρων πλεονεκτημάτων που έχουν να προσφέρουν οι Υβριδικοί Σταθμοί σ' ένα αυτόνομο νησιωτικό Δίκτυο, έχει σημασία να αναφέρουμε ότι είναι σε θέση να αποτελέσουν τη μοναδική μονάδα παραγωγής. Με τη κατάλληλη διαστασιολόγηση του συστήματος αποθήκευσης, αποτελούν αξιόπιστη λύση για περιπτώσεις πολύ μικρών νησιών τόσο σε μέγεθος όσο και πληθυσμό, των οποίων οι ανάγκες καλύπτονται από μια ντιζελογεννήτρια ή με διασύνδεση με κάποιο μεγαλύτερο γειτονικό νησί. Στο ίδιο πνεύμα, τα αυτόνομα υβριδικά συστήματα μπορούν να καλύψουν σημαντικές ανάγκες ηλεκτροδότησης απομακρυσμένων γεωργικών, κτηνοτροφικών ή αλιευτικών εγκαταστάσεων. Μέχρι προσφάτως οι επενδύσεις αυτές περιορίζονταν σε περιοχές όπου έφτανε το Δίκτυο ή κατασκευάζονταν διασύνδεση μετά από αίτημα του καταναλωτή [31]. Η επέκταση όμως δεν είναι πάντα η πιο συμφέρουσα οικονομικά λύση. Παράγοντες όπως το μέγεθος του προς εξυπηρέτηση φορτίου, η απόσταση από τη κοντινότερη γραμμή μεταφοράς, το κόστος εγκατάστασης γραμμής και μετασχηματιστή αλλά και η τραχύτητα του εδάφους συχνά καθιστούν πιο βιώσιμη λύση την επένδυση σ' ένα αυτόνομο υβριδικό σύστημα Υδραντλητικοί σταθμοί με αιολική ενέργεια Η στρατηγική λειτουργίας των Υβριδικών Σταθμών με ανεμογεννήτριες και υδραντλητική αποθήκευση περιλαμβάνει πρόβλεψη για εγγυημένη παροχή ισχύος και ενέργειας, συνδυάζοντας υψηλή διείσδυση αιολικής ενέργειας και βελτιωμένη λειτουργία των συμβατικών σταθμών. Η χρήση υδραντλητικών συστημάτων αποθήκευσης παρουσιάζει έντονο και αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη περαιτέρω ενσωμάτωση των ΑΠΕ, τόσο σε μικρά όσο και σε μεγάλα Δίκτυα εξαιτίας της ακρίβειας και της περιορισμένης χωρητικότητας των άλλων μεθόδων αποθήκευσης ενέργειας. Καθώς το κόστος κατασκευής τέτοιων σταθμών είναι πολύ υψηλό, η μέγιστη δυνατή εκμετάλλευση των μη κατανεμόμενων ΑΠΕ καθιστά την επένδυση βιώσιμη. Μ' ένα άλλο σκεπτικό όμως, μια τέτοια επένδυση καθίσταται απαραίτητη 64

65 για το υπό μελέτη αυτόνομο Δίκτυο σε περίπτωση που οι γεωμορφολογικές συνθήκες το επιτρέπουν. Αν θέλουμε η διείσδυση της αιολικής ενέργειας να ξεπεράσει το 30-35% χωρίς να έχουμε συνεχόμενες περικοπές ενέργειας χρειαζόμαστε μια αποδοτική μέθοδο αποθήκευσης [32]. Υδραντλητικός σταθμός με αιολική ενέργεια υπάρχει στην Ικαρία [28] όπως και στα Κανάρια Νησιά σε συνδυασμό με εγκαταστάσεις αφαλάτωσης [34]. Προσομοιώσεις για τη διερεύνηση και ποσοτικοποίηση του οφέλους που έχουν να προσφέρουν, έχουν γίνει και για το νησιωτικό Δίκτυο της Κρήτης το οποίο έχει ήδη φτάσει το επιτρεπόμενο όριο διείσδυσης [32-33]. Ένας τέτοιος Υβριδικός Σταθμός αποτελείται από δύο δεξαμενές σε διαφορετικό ύψος, από τουλάχιστον μία αντλία και έναν υδροστρόβιλο, από μονό ή διπλό υδατοφράκτη και από αιολικά πάρκα στη ίδια ή κοντινή περιοχή. Οι ενεργειακές ανταλλαγές με το Δίκτυο και τα υποσυστήματα του σταθμού πραγματοποιούνται με ξεχωριστές διασυνδέσεις. Η αποθηκευτική ικανότητα που μετράται σε ισοδύναμες ώρες λειτουργίας, εξαρτάται από το μέγεθος της μικρότερης δεξαμενής και τη μεταξύ τους υψομετρική διαφορά ενώ η ισχύς του σταθμού από το μέγεθος των υδροστρόβιλων και των αντλιών. Ο διπλός υδατοφράκτης σε συνδυασμό με ξεχωριστό υδραντλητικό σταθμό ανεβάζουν κατά πολύ το κόστος της επένδυσης, παρέχουν όμως την ευελιξία για ταυτόχρονη παραγωγή και αποθήκευση ενέργειας καθιστώντας το σταθμό ενεργειακό φίλτρο επί της ουσίας, το οποίο μετατρέπει τη διακοπτόμενη αιολική παραγωγή σε κατανεμόμενη υδροηλεκτρική ενέργεια. Δεν θα συμβούν περικοπές ενέργειας χωρίς να είναι πλήρης η άνω δεξαμενή και οι υδροστρόβιλοι δε θα δουλεύουν απλά στο τεχνικό ελάχιστο για να παρέχουν εφεδρεία στις υπόλοιπες ΑΠΕ. Η κατανεμόμενη παραγωγή ενέργειας χρησιμοποιείται για εξομάλυνση των αιχμών και αντικατάσταση των συμβατικών σταθμών και για αυτό η ένταξη και κατανομή των υδροστροβίλων πρέπει να ακολουθεί τη καμπύλη ζήτησης [32-33]. Σχήμα 4.13 Λειτουργία Υβριδικού Σταθμού παραγωγής [35] 65

66 Ο Παραγωγός έχει τη δυνατότητα να διαφοροποιεί συνεχώς το μείγμα της συμφωνημένης ενέργειας μεταξύ αιολικής και υδροηλεκτρικής ώστε να μεγιστοποιήσει τα κέρδη του με τη προϋπόθεση ότι οι υδροστρόβιλοι προσφέρουν εφεδρεία στις ανεμογεννήτριες της εγκατάστασης. Οπότε, δύναται να ακολουθήσει δύο στρατηγικές παραγωγής ανάλογα με τη τιμολογιακή πολιτική του εκάστοτε Κώδικα ΜΔΝ. Σύμφωνα με τη πρώτη, η αιολική ενέργεια εγχέεται στο Δίκτυο απευθείας και μόνο η περίσσεια αποθηκεύεται αποφεύγοντας έτσι τις απώλειες στο κύκλο μετατροπής. Η δεύτερη επιλογή είναι να αποθηκεύει κατευθείαν την αιολική ενέργεια και να εγχέει στο Δίκτυο τη ποσότητα που δε μπορεί να αποθηκευτεί στην άνω δεξαμενή ή αυτή που ξεπερνά την ισχύ της αντλίας. Παρότι, η πρώτη στρατηγική είναι ενεργειακά επωφελέστερη, ο Παραγωγός μπορεί να προτιμήσει τη δεύτερη στη περίπτωση που η εγγυημένη υδροηλεκτρική ενέργεια έχει αρκετά υψηλή αποζημίωση κάτι που συμβαίνει στη περίπτωση της Κρήτης [32]. Η στρατηγική λειτουργίας για τη καθημερινή διαχείριση της ενέργειας έχει ως εξής: ο Παραγωγός υποβάλλει προσφορά ενέργειας για την επόμενη μέρα σύμφωνα με την αποθηκευτική ικανότητα της άνω δεξαμενής και πιθανόν της αναμενόμενης αιολικής ενέργειας σύμφωνα τα εργαλεία πρόβλεψης που διαθέτει. Έπειτα ο Διαχειριστής σχεδιάζει την ωριαία κατανομή της επόμενης μέρας με στόχο να εξομαλύνει τις αιχμές του φορτίου και να απορροφήσει τη συμφωνημένη ποσότητα για την αποδοτικότερη λειτουργία του Δικτύου. Οι εντολές κατανομής καθορίζονται από το Διαχειριστή και μόνο, ώστε να έχει την ευελιξία να ενσωματώσει όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας από ΑΠΕ. Στη περίπτωση που δεν καλύπτονται οι ενεργειακές ανάγκες, ο Παραγωγός μπορεί να κάνει αίτηση για αγορά ενέργειας από το Δίκτυο κατά τις ώρες χαμηλού φορτίου ώστε να ανταποκριθεί την επόμενη ημέρα [32]. Από την επίλυση του ΚΗΕΠ και εφόσον ο Υβριδικός Σταθμός υποκαθιστά συμβατικούς, προκύπτει συγκεκριμένη ισχύς εξόδου τουλάχιστον για μερικές ώρες της ημέρας. Προτείνουμε το παραπάνω γεγονός να λαμβάνεται σοβαρά υπόψη στο προγραμματισμό λειτουργίας ώστε ο Διαχειριστής να έχει όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ευχέρεια ως προς τη μείωση της συμφωνημένης ισχύος του σταθμού με στόχο να αποφεύγει τις περικοπές ανανεώσιμης ενέργειας. Αντ' αυτού ο σταθμός θα προσφέρει Επικουρικές Υπηρεσίες και κυρίως πρωτεύουσα και δευτερεύουσα ρύθμιση για να εξομαλύνει τη μεταβλητότητα όσων περισσότερων ΑΠΕ μπορούν να ενταχθούν. Οι εργασίες [32-33], αποδεικνύουν πως ένας κατάλληλα διαστασιολογημένος Υβριδικός Σταθμός αυξάνει τη διείσδυση των ΑΠΕ, μπορεί να μειώσει σε σημαντικό βαθμό τη παραγωγή ενέργειας από ορυκτά καύσιμα και συνεπώς το συνολικό κόστος λειτουργίας. Οι σημαντικότεροι παράμετροι που είναι η χωρητικότητα των δεξαμενών, η συνολική ισχύς των ανεμογεννητριών και των αντλιών, πρέπει να καθοριστούν κατόπιν ανάλυσης και προσομοίωσης στο εκάστοτε σύστημα διότι μπορεί να υπάρχουν διαφορετικές ανάγκες ή απαιτήσεις [32]. Σε περιόδους μεγάλης ζήτησης, ο Υβριδικός Σταθμός μειώνει τη συμμετοχή των ακριβών αιχμιακών μονάδων ενώ μπορεί να αποθηκεύει τη φτηνή ενέργεια των ατμοηλεκτρικών σταθμών βάσης σε ώρες χαμηλού φορτίου. Η ανάλυση έδειξε ότι τις ημέρες χαμηλού φορτίου μπορεί να υποκαταστήσει τελείως τις αιχμιακές μονάδες καλύπτοντας έως και το 50% της απαιτούμενης ενέργειας [33]. Σταθμός μ' ένα υδατοφράκτη, παρότι είναι οικονομικότερος στη κατασκευή, πρέπει να αποφεύγεται διότι δεν υπάρχει η δυνατότητα για ταυτόχρονη άντληση και παραγωγή ενέργειας [32]. Από προσομοιώσεις που γίνανε, οδηγούμαστε στο συμπέρασμα πως ο δεύτερος υδατοφράκτης συμβάλλει καθοριστικά στη μείωση του φορτίου των συμβατικών σταθμών. Συνεπώς, συστήνεται για την αποδοτικότερη λειτουργία του Δικτύου ενεργειακά και οικονομικά. Ανάλογη μελέτη διεξήχθη για το νησί της Ικαρίας [28]. Επιπρόσθετα με τα πλεονεκτήματα που περιγράφηκαν προηγουμένως, η συγκεκριμένη εργασία αποδεικνύει τη βιωσιμότητα και τη σχετικά γρήγορη απόσβεση της επένδυσης χωρίς να συνυπολογίζονται τα περιβαλλοντικά οφέλη. 66

67 Ηλιοθερμικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας Οι ηλιοθερμικοί σταθμοί μπορούν να παίξουν καθοριστικό ρόλο σ' ένα αυτόνομο νησιωτικό Δίκτυο. Ως πρωτογενή ενέργεια αξιοποιούν τον ήλιο, χρησιμοποιούν όμως ατμογεννήτρια για τη παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος που σημαίνει ότι σε αντίθεση με τα φωτοβολταϊκά μπορούν να προσφέρουν όλες της Επικουρικές Υπηρεσίες που καλύπτονται από τους συμβατικούς σταθμούς. Η εξέλιξη των ηλιοθερμικών σταθμών καθυστέρησε λόγω της ραγδαίας διείσδυσης των φωτοβολταϊκών αλλά αυτή η κατάσταση ανατρέπεται το τελευταίο καιρό, καθότι πρόκειται για μορφή ΑΠΕ με σύστημα αποθήκευσης και σύγχρονη παραγωγή ενέργειας που θα προσδώσει στον Διαχειριστή μεγάλη ευελιξία παρά τα υψηλότερα κόστη εγκατάστασης. Άλλωστε, οι ανάγκες για εφεδρεία είναι περιορισμένες αν όχι αχρείαστες. Σχήμα 4.14 Κυρίαρχες τεχνολογίες ηλιοθερμικού σταθμού [36] Οι ηλιοθερμικοί σταθμοί συγκεντρώνουν την ηλιακή ακτινοβολία για να ζεστάνουν ένα υγρό σε κατάλληλη θερμοκρασία, ώστε να τροφοδοτήσει το στρόβιλο και εν συνεχεία τη σύγχρονη γεννήτρια. Οι κυρίαρχες τεχνολογίες είναι τα παραβολικά αυλάκια, οι γραμμικοί ανακλαστές Fresnel, οι πύργοι ή αλλιώς κεντρικό σύστημα δέκτη και το παραβολικό πιάτο. Διαφέρουν ως προς τον οπτικό σχεδιασμό, το σχήμα του δέκτη, το τρόπο μεταφοράς του υγρού και τη δυνατότητα για αποθήκευση θερμότητας πριν τη μετατροπή σε ηλεκτρική ενέργεια. Κυρίαρχη θέση έχουν οι πύργοι λόγω της ευκολίας μεταφοράς του υγρού και κυρίως της καλής απόδοσης του δέκτη σε υψηλές θερμοκρασίες [36]. Σχήμα 4.15 Χαρακτηριστικά δέκτη και εστίασης των διαθέσιμων τεχνολογιών [36] 67

68 Το μέγεθος του ηλιοθερμικού σταθμού, του συστήματος αποθήκευσης και της γεννήτριας μπορούν να προσαρμοστούν για να επιτελέσουν διαφορετικούς ρόλους στο Δίκτυο. Υπάρχει η δυνατότητα για επέκταση της παραγωγής κατά τη βραδινή αιχμή μέσω αποθήκευσης θερμότητας με άλατα ή ατμό χαμηλής πίεσης και για συνεχή λειτουργία όπου χρησιμοποιούνται συμβατικά καύσιμα (φυσικό αέριο, πετρέλαιο, βιοαέριο) ώστε ο σταθμός να είναι συνεχώς διαθέσιμος. Η αποδοτικότερη μέθοδος βέβαια είναι η υβριδική μορφή λειτουργίας που συμβάλλει στη διαθεσιμότητα της μονάδας με έλλειψη ηλιοφάνειας, στην αντιστάθμιση των θερμικών απωλειών κατά τη διάρκεια της νύχτας και στη διασφάλιση γρηγορότερης εκκίνησης το πρωί [36]. Η παράλληλη χρήση συμβατικού λέβητα και η καθημερινή χρήση καυσίμων είναι φιλική προς το περιβάλλον λύση διότι μεγιστοποιεί την απόδοση κατά τη μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική, δε χρειάζεται καθόλου εφεδρείες παρά είναι σε θέση να τις παρέχει και δεν έχει απώλειες στο σύστημα αποθήκευσης θερμότητας όπως ενέχει η χρήση αλάτων λόγω της μετατροπής και ο ατμός λόγω της χαμηλής του πίεσης [36]. Σχήμα Αποθήκευση ενέργειας για τη κάλυψη της βραδινής αιχμής [36] Μια αποδοτική εγκατάσταση ηλιοθερμικού σταθμού απαιτεί υψηλή ευθεία ηλιακή ακτινοβολία (Direct Normal Irradiance - DNI) και για αυτό οι κατάλληλες τοποθεσίες συναντώνται στην υποτροπική ζώνη συνήθως από τις 15 ο έως 40 ο βόρεια ή νότια του ισημερινού με ζεστό και ξηρό κλίμα και χαμηλό οπτικό βάθος νέφωσης [36]. Πολλά νησιά περιλαμβάνονται στις δύο αυτές γεωγραφικές ζώνες, στην ελληνική επικράτεια όμως αξιοποιήσιμα είναι μόνο η Ρόδος και η Κρήτη, καθώς πέραν των κλιματολογικών συνθηκών απαιτείται ένα σχετικά μεγάλο Δίκτυο για να είναι αξιοποιήσιμη μια τέτοια μονάδα παραγωγής που κυμαίνεται στη κλίμακα αρκετών MW για να συμφέρει η επένδυση [37]. Εν κατακλείδι, οι Υβριδικοί Σταθμοί εισάγουν στο Δίκτυο ανανεώσιμη ενέργεια αίροντας το πρόβλημα της διακοπτικότητας μέσω του συστήματος αποθήκευσης. Με τη συνεπικουρία της συμβατικής παραγωγής καλύπτουν μόνοι τους τις απαραίτητες εφεδρείες και για αυτό συστήνονται ως πολύ αξιόλογες επενδύσεις. Θα μπορούσαν να γίνουν μελέτες για τη δημιουργία σταθμών από την αρχή στη περίπτωση που αναμένεται αύξηση του φορτίου αλλά και μετατροπή υπαρχόντων συμβατικών σταθμών σε υβριδικούς με την προσθήκη των ανανεώσιμων πηγών και του συστήματος αποθήκευσης. Προτείνεται επίσης, η εγκατάσταση αυτόνομων υβριδικών συστημάτων για περιπτώσεις καταναλωτών των οποίων η διασύνδεση με το υπόλοιπο Δίκτυο κρίνεται οικονομικά ασύμφορη. 68

69 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΗΣ ΖΗΤΗΣΗΣ Διαχείριση της Ζήτησης αποκαλούμε τη δυνατότητα του Διαχειριστή ή του Δικτύου να ελέγχει μέρος της κατανάλωση της ηλεκτρικής ενέργειας. Πρόκειται για ένα σύνολο ευέλικτων και διασυνδεδεμένων προγραμμάτων που επιτρέπουν στους καταναλωτές να μετατοπίζουν τα φορτία τους από τις ώρες αιχμής και να μειώνουν τη κατανάλωσή τους γενικότερα. Αποτελείται από δύο κυρίαρχους άξονες που είναι η Απόκριση της Ζήτησης και περιλαμβάνει προγράμματα χρονοχρέωσης ή κινητροδότησης ώστε οι Συμμετέχοντες να μετατοπίζουν φορτία σύμφωνα με τις ανάγκες του συστήματος και από την Ενεργειακή Μείωση και Αποδοτικότητα [38]. Η Διαχείριση της Ζήτησης αναμένεται να παίξει καθοριστικό ρόλο στη λειτουργία ενός Δικτύου με αυξημένη διείσδυση ΑΠΕ καθώς η διακοπτικότητα και η περιορισμένη προβλεψιμότητα της ηλιακής και της αιολικής ενέργειας κυρίως, αναμένεται να αυξήσουν τις ανάγκες εφεδρειών [39]. Αν συνυπολογίσουμε δε και το κόστος των αιχμιακών μονάδων που χρησιμοποιούνται για τη κάλυψη της μεταβλητότητας των ΑΠΕ, τότε πρέπει να εξετάσουμε διεξοδικά τις δυνατότητες για την εφαρμογή τέτοιων προγραμμάτων που θα προσδώσουν στο Διαχειριστή τον έλεγχο ενός μέρους του φορτίου ούτως ώστε οι Συμμετέχοντες να εξοικονομήσουν χρήματα και το σύστημα να λειτουργήσει αποδοτικότερα. Σε αυτή τη προσπάθεια, το έξυπνο Δίκτυο που περιγράψαμε στο δεύτερο κεφάλαιο διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο δίνοντας τη δυνατότητα για εφαρμογή νέων προγραμμάτων ή αξιοποιώντας πλήρως τη δυναμική παλαιότερων εφαρμογών διαχείρισης. Στα πλαίσια της Διαχείρισης της Ζήτησης θέλουμε με όλους τους διαθέσιμους τρόπους να μετασχηματίσουμε τη καμπύλη του ηλεκτρικού φορτίου σύμφωνα με τις ανάγκες του Δικτύου. Σχήμα 5.1 Στρατηγικές μεταβολής της καμπύλης του ηλεκτρικού φορτίου [40] 69

70 Με διάφορα προγράμματα χρονοχρέωσης και παροχής κινήτρων για τον έλεγχο οικιακών, εμπορικών και βιομηχανικών φορτίων επιδιώκουμε τη μείωση της κατανάλωσης στις περιόδους αιχμών (peak clipping) όπως και τη μετακίνηση φορτίων στις ώρες χαμηλής ζήτησης (load shifting). Η χρήση μπαταριών και ευέλικτων φορτίων κατά τη διάρκεια περιόδων χαμηλής κατανάλωσης (valley filling), ο εξηλεκτρισμός διαδικασιών (strategic load growth) όπως τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα και οι ηλεκτρικές αντλίες θερμότητας και η μείωση της κατανάλωσης (strategic conservation) μέσω προγραμμάτων εξοικονόμησης ενέργειας και σύγχρονης τεχνολογίας συσκευών είναι στρατηγικές που επίσης μετασχηματίζουν τη καμπύλη φορτίου [40]. 5.1 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΜΕΙΩΣΗ ΚΑΙ ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ Τα προγράμματα Ενεργειακής Μείωσης ενθαρρύνουν τους καταναλωτές να χρησιμοποιούν λιγότερη ενέργεια όπως λόγου χάρη να κρατούν σε υψηλότερα επίπεδα το κλιματισμό το καλοκαίρι ή να προσέχουν τη σπάταλη κατανάλωση σε φώτα που δεν χρειάζονται, και πρόκειται για αλλαγές στις καταναλωτικές συνήθειες που μπορεί να κρατήσουν για μικρό χρονικό διάστημα ή να ενταχθούν σ' ένα νέο μοντέλο τρόπου ζωής [38]. Στον αντίποδα, η Ενεργειακή Αποδοτικότητα σχετίζεται κυρίως με τεχνολογικές λύσεις οι οποίες μειώνουν τα επίπεδα των απωλειών ενέργειας όπου είναι δυνατόν και προσφέρουν τις ίδιες υπηρεσίες αλλά με μειωμένη κατανάλωση. Στις τεχνολογικές λύσεις περιλαμβάνονται μεταξύ άλλων προγράμματα εξοικονόμησης ενέργειας είτε με δημόσιες επιδοτήσεις είτε χωρίς, για αντικατάσταση ενεργοβόρων λαμπτήρων με led νέας γενιάς σε δημόσιους χώρους, επιχειρήσεις και σπίτια, για αλλαγή των παλαιών οικιακών συσκευών όπως και η καθιέρωση κανονισμών για τις προδιαγραφές κτιρίων που μειώνουν σημαντικά τις απώλειες θερμότητας [40]. Η υιοθέτηση ηλιακών θερμοσιφώνων αντί των ηλεκτρικών είναι επίσης μία λύση που αυξάνει την ενεργειακή αποδοτικότητα και συμβάλλει ταυτόχρονα στη μείωση της κατανάλωση ρεύματος. Η διοργάνωση εκπαιδευτικών σεμιναρίων από τους αρμόδιους φορείς για την εξοικείωση των καταναλωτών με τις νέες τεχνολογίες είναι επίσης μία πρόταση προς αυτή τη κατεύθυνση. Θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν συμβουλές στο θέμα της εξοικονόμησης ενέργειας, ενημέρωση για τα πλεονεκτήματα νέων τιμολογιακών δομών, ευκαιρίες επένδυσης σε ΑΠΕ κυρίως μέσω του σχήματος του ενεργειακού συμψηφισμού (net metering) όπως και παροχή δωρεάν εξοπλισμού (tablets, smart phones) για την αμεσότερη ένταξή τους στο θέμα της διαχείρισης ενέργειας [13]. 5.2 ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΖΗΤΗΣΗΣ (DEMAND RESPONSE) Σύμφωνα με τη Ρυθμιστική Αρχή Ενέργειας των Η.Π.Α. (FERC), Απόκριση Zήτησης είναι η αλλαγή στην ηλεκτρική κατανάλωση των τελικών καταναλωτών σε σχέση με το σύνηθες προφίλ και ανάλογα με τις μεταβολές της τιμής του ηλεκτρικού ρεύματος ως προς το χρόνο ή από σήμα που στέλνει το Δίκτυο για να προκληθεί μικρότερη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας σε περιόδους που η τιμή είναι υψηλή ή όταν διακυβεύεται η αξιοπιστία του. Οι επιχειρήσεις ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιούν την Απόκριση Ζήτησης για να μειώσουν τη παροχή ενέργειας σε συγκεκριμένους καταναλωτές ή να διακόψουν τη λειτουργία συγκεκριμένων συσκευών για τη διαχείριση του συστήματος σε περιόδους έκτακτης ανάγκης ή σε πολύ κρίσιμες αιχμές που εμφανίζονται σπάνια. Τα προγράμματα αυτά επιτρέπουν σε συγκεκριμένα φορτία πελατών μέσω του ελέγχου τους να εξυπηρετήσουν τα συμφέροντα όλων των υπολοίπων, ώστε να βελτιωθεί η αξιοπιστία του Δικτύου, να μειωθεί το έλλειμμα ισχύος και να επιτευχθεί εξοικονόμηση χρημάτων. Ωστόσο, η χρήση αυτών των 70

71 προγραμμάτων ως μέσο για την υποστήριξη της ένταξης της διανεμημένης παραγωγής είναι μια νέα, υποσχόμενη και εξελισσόμενη εφαρμογή [13]. Η Απόκριση Ζήτησης μπορεί να παίξει σημαντικό ρόλο στους επιχειρησιακούς στόχους ενός αυτόνομου νησιωτικού ηλεκτρικού Δικτύου πετυχαίνοντας τα παρακάτω: Να μειώσει τις συνολικές kwh που καταναλώνονται και να μειωθούν έτσι οι εισαγωγές πετρελαίου (μέσω της πιο αποδοτικής και ορθολογικής λειτουργίας από την πλευρά των τελικών χρηστών). Να μειώσει το φορτίο αιχμής και συνεπακόλουθα την ποσότητα των ορυκτών καυσίμων που απαιτούνται για την αντιμετώπιση έκτακτων αναγκών (για παράδειγμα μείωση κατά τις ώρες αιχμής των φορτίων κλιματισμού, θερμοσιφώνων, ψύξης και αντλιών σε πισίνες). Τη δημιουργία φορτίων τις βραδινές ώρες με στόχο να αυξηθεί το ελάχιστο φορτίο βάσης και να μειωθούν όσο το δυνατόν οι περικοπές αιολικής ενέργειας μέσω εφαρμογών πρόψυξης και προθέρμανσης [13]. Να οδηγήσει σε αναβολή επενδύσεων στο Δίκτυο και βελτιωμένη αξιοποίηση των υπαρχόντων κεφαλαίων. Να προσφέρει διευρυμένες επιλογές μέσω προγραμμάτων και να προσελκύσει τη συμμετοχή των καταναλωτών ώστε να διαχειρίζονται καλύτερα τη κατανάλωση και το κόστος του λογαριασμού τους και συνεπακόλουθα να βοηθούν στους επιχειρησιακούς στόχους του Δικτύου. [41] Να χρησιμοποιήσει κατανεμόμενο και αυτόματο έλεγχο φορτίων (το ισοδύναμο του αυτόματου ελέγχου παραγωγής και απόκρισης συχνότητας, αλλά από τη πλευρά της κατανάλωσης) για να προσφέρει γρήγορες Επικουρικές Υπηρεσίες (ρύθμιση συχνότητας, ρύθμιση προς τα πάνω και προς τα κάτω, στρεφόμενη εφεδρεία) χωρίς να καταναλώνει ορυκτά καύσιμα και για να βοηθήσει στη περαιτέρω ένταξη της αιολικής ενέργειας. Να χρησιμοποιήσει κατανεμόμενο και αυτόματο έλεγχο φορτίων μέσω της Απόκρισης Ζήτησης για να αντισταθμίσει ως ένα βαθμό τη μεταβλητότητα της αιολικής ενέργειας και για κερδίσει χρόνο σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης μέχρις ότου προλάβουν να συνδεθούν στο Δίκτυο γεννήτριες πολύ γρήγορης εκκίνησης. [13] Προγράμματα χρονοχρέωσης και κινητροδότησης Το κόστος του AMI (Advanced Metering Infrastructure) που περιλαμβάνει τους έξυπνους μετρητές, τα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα που συνδέουν τους μετρητές με τις εταιρείες παροχής ηλεκτρικής ενέργειας και τα υποστηρικτικά συστήματα που συγκεντρώνουν και επεξεργάζονται τις απαραίτητες πληροφορίες, έχει μειωθεί αρκετά τα τελευταία χρόνια. H ενσωμάτωση των παραπάνω συστημάτων επιτρέπει τη συγκέντρωση, αποθήκευση και αναμετάδοση των πληροφοριών στις εταιρείες και τους πελάτες σε χρονικά διαστήματα της μίας ώρας ή και λιγότερο. Η ταχεία μετάδοση των πληροφοριών βοηθά καθοριστικά στην εμπλοκή των καταναλωτών στη διαχείριση του κόστους και επιτρέπει στους παρόχους μέσω των ελεγχόμενων φορτίων να αναπτύξουν νέους πόρους για την αποδοτικότερη διαχείριση του Δικτύου [41]. 71

72 Σχήμα 5.2 Υποστηρικτικός εξοπλισμός για την εφαρμογή των προγραμμάτων Απόκρισης της Ζήτησης [41] Προγράμματα βασιζόμενα στην τιμολόγηση (Time-Based Rate Programs) Τα προγράμματα που βασίζονται στη τιμολόγηση εμφανίζονται σε διάφορες μορφές και προσφέρουν τιμές ανάλογα με τις ώρες, τις μέρες ή τους μήνες του χρόνου που καταναλώνεται η ηλεκτρική ενέργεια. Όπως είναι λογικό, η χρέωση αυξάνεται όταν το κόστος παραγωγής ενέργειας είναι υψηλό και μειώνεται αντίστοιχα όταν το κόστος πέφτει. Μέχρι και σήμερα, οι πάροχοι ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιούν μεθόδους τιμολόγησης οι οποίες δεν αντανακλούν τη χρονική μεταβολή του κόστους παραγωγής. Χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι οι σταθερές χρεώσεις για μια δοσμένη περίοδο τιμολόγησης ή οι κλιμακωτές χρεώσεις που αυξάνουν με τη κατανάλωση σε συγκεκριμένα τμήματα ενέργειας στην ίδια περίοδο. Παρόλα αυτά υπάρχουν διάφορα προγράμματα που αναμένεται να παίξουν σημαντικό ρόλο στη Διαχείριση της Ζήτησης και στην εξομάλυνση της καμπύλης φορτίου και είναι τα παρακάτω: Τιμολόγια χρονοχρέωσης [Time-of-use (TOU) rates]: Η συγκεκριμένη μέθοδος περιλαμβάνει δύο ή και περισσότερα χρονικά διαστήματα κατά τα οποία η χρέωση διαφέρει αλλά είναι σταθερή και προκαθορισμένη με στόχο να δώσει κίνητρο στους καταναλωτές να μετακινήσουν τα φορτία τους από τις ώρες αιχμής με αντάλλαγμα οικονομικό όφελος. 72

73 Τιμολόγηση πραγματικού χρόνου [real-time pricing (RTP)]: Εδώ η χρέωση διαφοροποιείται σε ωριαία βάση αλλά θα μπορούσε να μεταβάλλεται και σε 5- λεπτα διαστήματα. Στόχος είναι και πάλι να δοθεί οικονομικό κίνητρο στους καταναλωτές ώστε να αποφύγουν τη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας στις ώρες αιχμής. Σε κανένα από τα εγχειρήματα Απόκρισης της Ζήτησης της χρησιμοποιούμενης βιβλιογραφίας δεν υπάρχει τιμολόγηση πραγματικού χρόνου. Τιμολόγια μεταβλητής αιχμής [Variable peak pricing (VPP)]: Η συγκεκριμένη μέθοδος είναι η υβριδική μορφή των προηγούμενων δύο. Τα χρονικά διαστήματα αιχμής και μη αιχμής είναι προκαθορισμένα αλλά η χρέωση στο διάστημα αιχμής διαφέρει ανάλογα με το κόστος ενέργειας εκείνη τη στιγμή. Εδώ ο στόχος είναι διττός. Εφ' ενός, να μετατοπίσει τις καταναλωτικές συνήθειες εκτός των περιόδων αιχμής και αφετέρου να μειώσει σημαντικά τη κατανάλωση ενέργειας τις λίγες εκείνες ώρες το χρόνο όταν και παρατηρούνται ασυνήθιστα υψηλές τιμές εκκαθάρισης ή διακυβεύεται η ευστάθεια του συστήματος. Τιμολόγια κρίσιμης αιχμής [Critical peak pricing (CPP)]: Όταν οι πάροχοι αναμένουν πολύ υψηλές τιμές εκκαθάρισης ή έκτακτες καταστάσεις, δύναται να χαρακτηρίσουν κρίσιμο ένα διάστημα ορισμένων ωρών κατά το οποίο οι τιμές του ηλεκτρικού ρεύματος αυξάνονται. Στη συγκεκριμένη μέθοδο εμφανίζονται δύο παραλλαγές. Κατά τη πρώτη, η χρονική στιγμή και η διάρκεια εμφάνισης της αυξημένης τιμής είναι προκαθορισμένες ενώ κατά τη δεύτερη εξαρτώνται από τη ζήτηση που παρατηρείται στο ηλεκτρικό Δίκτυο. Σκοπός του συγκεκριμένου προγράμματος είναι η μείωση της κατανάλωσης ηλεκτρικού ρεύματος για περιορισμένες ώρες το χρόνο όταν και προκύπτουν οριακές καταστάσεις. Εκπτώσεις κρίσιμης αιχμής [Critical peak rebates (CPR)]: Όταν οι πάροχοι αναμένουν πολύ υψηλές τιμές εκκαθάρισης ή έκτακτες καταστάσεις, δύναται να χαρακτηρίσουν κρίσιμο ένα διάστημα ορισμένων ωρών κατά το οποίο οι τιμές του ηλεκτρικού ρεύματος παραμένουν ίδιες αλλά ο καταναλωτής επιδοτείται με μια προκαθορισμένη έκπτωση για μείωση της κατανάλωσής του σε σχέση με αυτό που ανέμενε η εταιρεία. Σκοπός του συγκεκριμένου προγράμματος είναι η μείωση της κατανάλωσης ηλεκτρικού ρεύματος για περιορισμένες ώρες το χρόνο όταν και προκύπτουν οριακές καταστάσεις. [40] Προγράμματα Κινητροδότησης (Incentive-Based Programs) Οι πάροχοι ηλεκτρικής ενέργειας μπορούν να προσφέρουν οικονομικά κίνητρα παράλληλα με τα προγράμματα τιμολόγησης ώστε να επιτύχουν συγκεκριμένους στόχους στη Διαχείριση της Ζήτησης και κυρίως μείωση της αιχμής. Τα προγράμματα κινητροδότησης βοηθούν άμεσα στην Απόκριση Ζήτησης, καθώς οι καταναλωτές είναι υποχρεωμένοι να συμμορφωθούν στις εντολές του Διαχειριστή για μείωση του φορτίου εφόσον έχει συμφωνηθεί η συμμετοχή τους, εν αντιθέσει με τα προγράμματα τιμολόγησης όπου η ανταπόκριση είναι μεν πιθανή λόγω υψηλής χρέωσης, όχι όμως βέβαιη ώστε να συμβάλλει καθοριστικά στη λειτουργία του συστήματος. Στα προγράμματα κινητροδότησης ανήκει η άμεση διακοπή φορτίου (Direct Load Control - DLC), για την οποία απαιτείται η εγκατάσταση τηλεχειριζόμενων διακοπτών που ελέγχουν την έναυση και σβέση συγκεκριμένων συσκευών και εξοπλισμού ανάλογα με τις ανάγκες του Δικτύου. Οι εταιρείες ηλεκτρικής ενέργειας προσφέρουν οικονομικά κίνητρα για τη συμμετοχή των καταναλωτών σε τέτοιου είδους προγράμματα με αντάλλαγμα τον έλεγχο των ενεργοβόρων συσκευών τους που είναι συνήθως ο κλιματισμός, οι θερμοσίφωνες και οι αντλίες πισίνας. Τα προγράμματα περικοπής φορτίου [Interruptible and Curtailable rate programs] απευθύνονται κυρίως σε μεγάλους εμπορικούς και βιομηχανικούς καταναλωτές και μέσω των κατάλληλων οικονομικών αποζημιώσεων μειώνεται η ζήτηση των φορτίων τους σε 73

74 προκαθορισμένες τιμές όταν οι συνθήκες το απαιτούν. Τα παραπάνω προγράμματα εφαρμόστηκαν με επιτυχία και στο παρελθόν, πριν την εμφάνιση των σύγχρονων μετρητικών διατάξεων. Η σημερινή τεχνολογία όμως μπορεί να ενισχύσει αισθητά τη διείσδυσή τους, εφόσον πλέον δίνεται η δυνατότητα τηλεχειρισμού και καταγραφής των επιδράσεων των συγκεκριμένων εφαρμογών. [41] Σχήμα 5.3 Φορτία που μπορούν να συμμετάσχουν στα προγράμματα κινητροδότησης [39] Πιλοτικά προγράμματα Σε αυτή την ενότητα θα σχολιάσουμε τους μηχανισμούς και τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή πιλοτικών προγραμμάτων ώστε να συγκεντρώσουμε χρήσιμες πληροφορίες για το πως μπορούν να εφαρμοστεί η Απόκριση Ζήτησης στο υπό μελέτη νησιωτικό Δίκτυο Πιλοτικά προγράμματα χρονοχρέωσης Η εταιρεία OG&E εξυπηρετεί πελάτες και εφάρμοσε το παρακάτω πρόγραμμα για να εξετάσει τις διαθέσιμες δυνατότητες για μείωση της αιχμής του φορτίου και την αποφυγή κατασκευής ενός νέου σταθμού φυσικού αερίου 210 MW. Το πρόγραμμα διεξήχθη για δύο συνεχόμενες χρονιές από τον Ιούνιο έως το Σεπτέμβριο που παρουσιάζονται μεγάλες αιχμές λόγω των φορτίων κλιματισμού και περιελάμβανε 5000 οικιακούς και 1200 εμπορικούς καταναλωτές χωρισμένους σε ομάδες. Η κάθε ομάδα χρησιμοποιούσε μία ή συνδυασμό συσκευών (web portal, οθόνες, προγραμματιζόμενους θερμοστάτες) και προσάρμοζε την κατανάλωση της είτε με τιμολόγηση χρονοχρέωσης είτε με τιμολόγηση κρίσιμης και μεταβλητής αιχμής. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι είναι δυνατή η μείωση κατά 1.8 kw ανά καταναλωτή σε κρίσιμες αιχμές και 1.3 kw στη συνηθισμένη απογευματινή αιχμή. Η πιο αποτελεσματική συσκευή ήταν ο προγραμματιζόμενος θερμοστάτης με σχεδόν 30% μείωση και η δυσαρέσκεια των πελατών κινήθηκε σε πολύ χαμηλά επίπεδα μάλλον εξαιτίας του γεγονότος ότι επιτεύχθηκε σημαντική μείωση του λογαριασμού χρέωσης στην καλοκαιρινή περίοδο με μέσο όρο τα 150$. Με αυτά τα δεδομένα, η εταιρεία σχεδιάζει να προμηθεύσει τους καταναλωτές με προγραμματιζόμενους θερμοστάτες δωρεάν ή με μεγάλη έκπτωση ώστε να πετύχει το στόχο της συμμετοχής στο πρόγραμμα 20% των καταναλωτών της, που θα της επιτρέψει την αναβολή κατασκευής του σταθμού φυσικού αερίου. Σε ένα παρόμοιο πρόγραμμα από την εταιρεία MMLD που εξυπηρετεί πελάτες, με τη συμμετοχή 500 οικιακών καταναλωτών παρατηρήθηκε μείωση φορτίου με μέσο όρο τα 0.74 kw ανά πελάτη κατά τη διάρκεια κρίσιμων αιχμών. Τα αποτελέσματα ήταν πολύ ενθαρρυντικά δεδομένου ότι χρησιμοποιήθηκαν μόνο web portals και όχι προγραμματιζόμενοι θερμοστάτες και οι πελάτες 74

75 μείνανε ικανοποιημένοι εξοικονομώντας χρήματα από την ανταπόκρισή τους στη τιμολόγηση με κρίσιμη αιχμή. Ως μοναδικό αρνητικό στοιχείο καταγράφηκε το μειωμένο ενδιαφέρον των συμμετεχόντων για τα web portals. Παρόμοια αποτελέσματα είχε και η SVE, εταιρεία με πελάτες και δείγμα 600 οικιακών καταναλωτών. Η μείωση φορτίου κυμάνθηκε μεταξύ 5-25% και βγήκε το συμπέρασμα πως υπάρχει δυνατότητα για μείωση 0.85 kw ανά καταναλωτή κατά τη διάρκεια κρίσιμων αιχμών. Υπήρξε ικανοποίηση λόγω της μείωσης των λογαριασμών, η πλειοψηφία δήλωσε πρόθυμη να συνεχίσει σε τιμολόγηση κρίσιμης αιχμής ενώ τέλος παρατηρήθηκαν σημαντικότερες μειώσεις από καταναλωτές που ήταν εθελοντές στο πρόγραμμα, χωρίς κάποιο ιδιαίτερο κίνητρο. Συνολικά, η δοκιμαστική εφαρμογή των παραπάνω προγραμμάτων έδειξε ότι η χρονοχρέωση συμβάλλει στη μείωση της κατανάλωσης κατά τη διάρκεια αιχμών, οι προγραμματιζόμενοι θερμοστάτες και τα web portals βοηθούν ουσιαστικά τους καταναλωτές και τα προγράμματα τυγχάνουν ευρείας αποδοχής κυρίως εξαιτίας των μειώσεων στους λογαριασμούς χρέωσης, ευρήματα τα οποία συμφωνούν με παλαιότερες μελέτες. Συγκεντρώνεται επίσης σημαντική εμπειρία σε θέματα που σχετίζονται με τα κίνητρα των καταναλωτών, την ένταξή τους στα προγράμματα και τις στρατηγικές εκπαίδευσης και προώθησης. Τα ονόματα των νέων προγραμμάτων και οι τεχνολογικές συσκευές που προσφέρονται, συμβάλλουν επίσης στη προσέλκυση πελατών. [41] Πίνακας 5.1 Σύνοψη των αποτελεσμάτων [41] Παρότι οι παραπάνω πάροχοι ηλεκτρικής ενέργειας μετέχουν στο διασυνδεδεμένο Δίκτυο των Η.Π.Α., το πλήθος των καταναλωτών τους και το δείγμα των συμμετεχόντων στις πιλοτικές εφαρμογές που διεξήγαγαν θα μπορούσε να αντιστοιχεί σε μεγάλα και μεσαία νησιωτικά Δίκτυα. 75

76 Πιλοτικά προγράμματα κινητροδότησης Hawaiian Electric Residential Direct Load Control (RDLC) Program: Το πρόγραμμα άμεσου ελέγχου φορτίου στοχεύει στην αναβολή επενδύσεων ισχύος. Συμβάλλει στην αξιοπιστία του Δικτύου, δίνοντας τη δυνατότητα για αποσύνδεση ελεγχόμενων φορτίων κατά τη διάρκεια συμβάντων υποσυχνότητας πριν καταφύγει στην ανεξέλεγκτη απόρριψη. Βοηθά επίσης στη λειτουργία του συστήματος αναβάλλοντας την ένταξη μίας ή περισσότερων μονάδων εξοικονομώντας λειτουργικά κόστη κυρίως από τα καύσιμα και μπορεί να συμμετέχει επιτυχώς στη ρύθμιση συχνότητας αντί της στρεφόμενης εφεδρείας. Στο συγκεκριμένο πρόγραμμα συμμετέχουν καταναλωτές οι οποίοι επιτρέπουν τον έλεγχο των θερμοσιφώνων τους και του κλιματισμού τους έναντι μηνιαίας αποζημίωσης 3$ και 5$ αντίστοιχα. Ο εξοπλισμός παρέχεται από την εταιρεία και οι συσκευές ελέγχονται με τηλεχειριζόμενο διακόπτη. Με τη συμμετοχή συνδρομητών επιτυγχάνεται μείωση 17 MW στο φορτίο αιχμής και η εταιρεία στοχεύει στην επέκταση του προγράμματος με τη συμμετοχή άλλων συμμετεχόντων ώστε να είναι δυνατή η μείωση κατά 35 MW. Πιο συγκεκριμένα, προς το παρών συμμετέχουν θερμοσίφωνες που συμβάλλουν σε μείωση 14 MW, ήτοι 0.44 kw ανά συσκευή και συστήματα κλιματισμού με 3 MW μείωση στο φορτίο αιχμής ήτοι 0.65 kw ανά συσκευή. [42] Hawaiian Electric Commercial and Industrial Demand Response Portofolio: Αποτελείται από τον άμεσο έλεγχο φορτίου (Commercial & Industrial Direct Load Control - CIDLC) και τη γρήγορη Απόκριση Ζήτησης (Fast DR program) που στοχεύει σε μεγάλους εμπορικούς και βιομηχανικούς καταναλωτές και από τον άμεσο έλεγχο φορτίου (Small Business Direct Load Control - SBDLC) που στοχεύει σε μικρότερους εμπορικούς και βιομηχανικούς πελάτες. Οι στόχοι του προγράμματος είναι οι ίδιοι με εξαίρεση το Fast DR που σχεδιάστηκε για πολύ γρήγορη αντίδραση, κάτω των δέκα λεπτών, ώστε να αντισταθμίζει τη μεταβλητότητα των ΑΠΕ. Τα οικονομικά κίνητρα διαφέρουν όμως. Το πρώτο κομμάτι του προγράμματος επιδοτεί με 10$/kW το μήνα την αυτόματη απόρριψη φορτίου, με 5$/kW τη χειροκίνητη απόρριψη και με 0.5$/kWh τη μείωση της κατανάλωσης όταν προκύπτουν τέτοιες καταστάσεις. Στο δεύτερο κομμάτι η αποζημίωση κινείται από 5$/kW έως 10$/kW ανάλογα με τη συμμετοχή του καθένα σε περιπτώσεις περιορισμού της κατανάλωσης και τέλος στο τρίτο πρόγραμμα η επιδότηση είναι 5$ ανά θερμοσίφωνα και κλιματισμό και 8$ για άλλους εξοπλισμούς με ξεχωριστές αποζημιώσεις ανά συσκευή. Η συνολική μείωση του φορτίου αιχμής που μπορεί να επιτευχθεί από τα περικοπτόμενα φορτία, φτάνει τα 19 MW από 211 εγγεγραμμένους πελάτες. [42] Hawaiian Electric Commercial and Industrial Dynamic Pricing (CIDP) Pilot Program: Ένα νέο πρόγραμμα που σχεδιάζεται, αφορά τη μείωση της κατανάλωσης κατά τη διάρκεια έκτακτων καταστάσεων σε προ συμφωνημένα επίπεδα ισχύος και με μηνιαία αποζημίωση ανά kw ανεξάρτητα με τον αριθμό των συμβάντων που καλούνται. Στη περίπτωση που ο συμμετέχων δεν ανταποκριθεί, θα πληρώσει αρκετά αυξημένη τιμή ανά kwh για όσο διαρκεί το περιστατικό ενώ η επιδότηση θα καθοριστεί από μία σειρά παραγόντων όπως το χρονικό διάστημα της προειδοποίησης για περιορισμό φορτίου, τις διαθέσιμες ώρες τη βδομάδα και το χρόνο που συμφωνεί να συμμετέχει στο πρόγραμμα και τη διαφορά της προ συμφωνημένης ισχύος σε σχέση με τις πραγματικές του ανάγκες. [42] 76

77 Meco under-frequency load-shedding (UFLS): Το UFLS εφαρμόζεται με επιτυχία εδώ και πολλά χρόνια ως μία πολύ χαμηλού κόστους αλλά αποτελεσματική DR πηγή. Σε πρώτη φάση χρησιμοποιείται ως απάντηση στην απρόσμενη μείωση της παραγωγής, αντί της στρεφόμενης εφεδρείας ως αποθεματικού έκτακτης ανάγκης. Αυτό μειώνει τη χρήση των ορυκτών καυσίμων και oι απροσδόκητες αλλαγές στην παραγωγή των μη κατανεμόμενων μονάδων (αιολική/ηλιακή) διαχειρίζονται χρησιμοποιώντας ένα στόλο από γρήγορης εκκίνησης γεννήτριες και/ή το UFLS για απαιτητικά συμβάντα. Οι γεννήτριες που χρησιμοποιούνται για την αποκατάσταση φορτίου μπορούν να φορτιστούν σχετικά γρήγορα. [13] Εμπόδια και προτάσεις για τη καλύτερη αξιοποίηση της Απόκρισης Ζήτησης Τα προτεινόμενα φορτία για συμμετοχή στα προγράμματα Απόκρισης της Ζήτησης μπορούν να ανταποκριθούν επαρκώς στη μείωση αιχμών, για συμμετοχή όμως στη ρύθμιση συχνότητας προϋποθέτουν προσεκτική μεταχείριση διότι ενέχουν χρονικούς περιορισμούς. Οι συχνές και πολύωρες περικοπές δεν είναι αποδεκτές γενικότερα, ενώ στη περίπτωση βιομηχανικών φορτίων μπορεί να προκληθούν ζημιές. Αν και η Διαχείριση της Ζήτησης είναι φτηνότερη σε σχέση με τη παροχή εφεδρείας από συμβατικές μονάδες και συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, οι πάροχοι πρέπει να υπολογίσουν και να συμβάλλουν ενεργά στο κόστος του απαραίτητου εξοπλισμού, διότι δεν είναι πιθανό οι συμμετέχοντες να είναι πρόθυμοι να προκαταβάλλουν τα ανάλογα κεφάλαια με το σκεπτικό της μακροχρόνιας απόσβεσης. Πριν διαδραματίσει ενεργό ρόλο ως ένα επιπρόσθετο εργαλείο για τη διαχείριση του συστήματος, χρειάζεται να γίνουν μελέτες για την αβεβαιότητα της διαθέσιμης ισχύος ρύθμισης καθότι τα προγράμματα κινητροδότησης μπορεί να περιλαμβάνουν κάποιο πρόστιμο για μη συμμόρφωση με τις εντολές του Διαχειριστή, τα προγράμματα χρονοχρέωσης όμως είναι εθελοντικά. Τέλος, πριν κληθούν οι καταναλωτές να συμμετέχουν, θα πρέπει να έχει καθοριστεί ένα επαρκές οικονομικό κίνητρο που σε συνδυασμό με τα έξοδα για τον απαιτούμενο εξοπλισμό να συμφέρει τους παρόχους ηλεκτρικής ενέργειας σε σχέση με το κόστος των συμβατικών έως τώρα λύσεων [39] Οι παρακάτω προτάσεις θα συμβάλλουν στην επιτυχή εφαρμογή των προγραμμάτων Διαχείρισης της Ζήτησης: Εκπαίδευση και ενημέρωση των καταναλωτών για τα διαθέσιμα προγράμματα. Η παρουσίαση μίας δελεαστικής πρότασης που θα μειώνει το ενεργειακό κόστος μ' ένα συνδυασμό προγραμμάτων Απόκρισης της Ζήτησης και Ενεργειακής Αποδοτικότητας θα συμβάλλει στην αυξημένη συμμετοχή, που αποτελεί καθοριστικό παράγοντα σε τέτοιες δράσεις. Έχει ιδιαίτερη σημασία μια πετυχημένη στρατηγική προώθησης με τα κατάλληλα κίνητρα διότι ο μέσος καταναλωτής μάλλον δεν είναι σε θέση να αναγνωρίσει τα συνολικά οφέλη που προκύπτουν σε ατομικό και κοινωνικό επίπεδο. Συγκέντρωση πληροφοριών από παρόμοιες εφαρμογές σε όλο το κόσμο. Θα αποφευχθούν έτσι περιττές προσπάθειες και ο καθένας μπορεί να βασιστεί πάνω στις επιτυχίες και αποτυχίες του άλλου. Καταγραφή και αξιολόγηση των διαθέσιμων πηγών για Απόκριση της Ζήτησης. Ορισμένα φορτία είναι καταλληλότερα για άμεσο έλεγχο και άλλα βρίσκονται σε 77

78 μεγαλύτερη συγκέντρωση άρα πιθανόν μεγαλύτερο δυναμικό. Η στοχευμένη εφαρμογή στα πρώτα στάδια τέτοιων πιλοτικών προγραμμάτων είναι καθοριστικής σημασίας. Αξιοποίηση μοντέλων προσομοίωσης που παρέχουν σημαντικές πληροφορίες για τη σχέση κόστους - οφέλους μιας νέας επένδυσης αλλά και το συνολικό κόστος παραγωγής ενέργειας και παροχής εφεδρειών υπό την επίδραση της νέας εφαρμογής. Θα υπάρξουν λογικά αλλαγές στο προγραμματισμό λειτουργίας των συμβατικών μονάδων αιχμής και οι αρχικές εφαρμογές θα καθορίσουν τη προοπτική περαιτέρω ενσωμάτωσης και ανάπτυξης τέτοιων προγραμμάτων. 78

79 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΣΥΜΨΗΦΙΣΜΟΣ (NET METERING) 6.1 ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ NET METERING Ο ενεργειακός συμψηφισμός είναι μια πολιτική ηλεκτρικής ενέργειας η οποία επιτρέπει στους πελάτες να αντισταθμίζουν μέρος ή το σύνολο της ηλεκτρικής τους ενέργειας με αυτοπαραγωγή από συστήματα ΑΠΕ. Λειτουργεί με τη χρήση ενός μετρητή που είναι σε θέση να καταγράφει τη ροή ενέργειας αμφίδρομα. Ο μετρητής γυρίζει προς τα εμπρός όταν ο πελάτης τραβάει ρεύμα από το ηλεκτρικό Δίκτυο χρησιμοποιώντας περισσότερη ενέργεια από όσο παράγει και γυρίζει προς τα πίσω όταν στέλνει ενέργεια στο Δίκτυο. Στο τέλος ενός συγκεκριμένου μήνα, ο καταναλωτής χρεώνεται μόνο για την ηλεκτρική ενέργεια που χρησιμοποίησε. Το net metering λειτουργεί μόνο για συνδεδεμένα συστήματα και αυτό που το κάνει τόσο ευεργετικό, εκτός από το συμψηφισμό της κατανάλωσης ενέργειας ενός σπιτιού ή μιας επιχείρησης με ένα ανανεώσιμο σύστημα, είναι ότι η περίσσεια ενέργειας που αποστέλλεται στο Δίκτυο μπορεί να πωληθεί σε τιμή λιανικής. Οι παραγωγοί ωφελούνται για αυτό το θετικό ισοζύγιο και λαμβάνουν πίστωση στο λογαριασμό τους για τον επόμενο κύκλο χρέωσης. Εάν στο τέλος του έτους το πλεόνασμα παραμένει, τότε ο καταναλωτής ανάλογα με την εκάστοτε πολιτική μπορεί να αποζημιωθεί με τη λιανική τιμή, να το χρησιμοποιήσει σα πίστωση για την επόμενη χρονιά ή να επιστραφεί στο Δίκτυο χωρίς αποζημίωση. Μερικές παραλλαγές του ενεργειακού συμψηφισμού είναι η χρονοχρέωση (Time Of Use) και η τιμολόγηση πραγματικού χρόνου (Real Time Pricing). Στην πρώτη παραλλαγή χρησιμοποιείται ένας εξειδικευμένος έξυπνος μετρητής, που είναι σε θέση να προσδιορίζει χρονικά τη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας οποιαδήποτε στιγμή κατά τη διάρκεια της ημέρας. Υπάρχουν δηλαδή, διαφορετικές χρεώσεις στη διάρκεια του 24ώρου (μέρα, νύχτα, μεσημεριανή αιχμή) ή και εποχιακές χρεώσεις που διαφέρουν. Συνήθως το κόστος παραγωγής είναι υψηλότερο κατά την μεσημεριανή αιχμή και χαμηλό κατά τη διάρκεια της νύχτας. Η συγκεκριμένη πρόταση εγείρει ένα σημαντικό ζήτημα διότι τα φωτοβολταϊκά τείνουν να παράγουν κατά τη διάρκεια της περιόδου αιχμής και λίγο ή καθόλου τις υπόλοιπες ώρες όταν η τιμή είναι χαμηλή. Στα συστήματα τιμολόγησης πραγματικού χρόνου, η τιμή καθορίζεται δυναμικά σύμφωνα με τη λειτουργία των χονδρικών πωλήσεων. Ο μετρητής είναι προγραμματισμένος να υπολογίζει την τιμή και να διαβάζεται εξ αποστάσεως. Η συγκεκριμένη πολιτική εφαρμόζεται στην Καλιφόρνια των ΗΠΑ από το 2006, προβλέπει όμως ότι το χρηματικό ισοζύγιο δε μπορεί να είναι θετικό με την έννοια ότι δεν επιτρέπεται ένας πελάτης να κερδίσει χρήματα από τις διακυμάνσεις της τιμής της ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη διάρκεια της μέρας. Όσον αφορά το πλεόνασμα ενέργειας αν υπάρχει, προβλέπεται ότι η χρέωση του λογαριασμού του θα είναι μηδενική και το περίσσευμα θα καταλήξει στο Δίκτυο. Ο ενεργειακός συμψηφισμός επιτρέπει σε μικρά συστήματα να εκμηδενίσουν το ετήσιο κόστος του καταναλωτή υπό την προϋπόθεση ότι είναι πρόθυμος να μετατοπίσει φορτία σε περιόδους με χαμηλότερες χρεώσεις, όπως με ψύξη νερού όταν το ηλεκτρικό ρεύμα είναι φτηνό για μετέπειτα χρήση σε συστήματα κλιματισμού ή φόρτιση μιας μπαταρίας ηλεκτρικού οχήματος κατά τις ώρες χαμηλού φορτίου. Συνεπώς, η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται στις ώρες αιχμής στέλνεται στο Δίκτυο αντί να χρησιμοποιείται τοπικά [43]. 79

80 Σχήμα 6.1 Αναπαράσταση του τρόπου λειτουργίας του ενεργειακού συμψηφισμού 6.2 ΚΟΣΤΟΣ ΚΑΙ ΟΦΕΛΗ ΤΟΥ NET METERING Αξιοπιστία Δικτύου: Το net metering μέσω των φωτοβολταϊκών του συστημάτων μπορεί να δημιουργεί διακυμάνσεις στη τάση, μπορεί όμως να συνεισφέρει στην ανθεκτικότητα του Δικτύου. Αξιοσημείωτη είναι η συνεισφορά τους στο Δίκτυο Διανομής στηρίζοντας την τάση, η οποία στο τέλος των γραμμών ενδέχεται να πέσει χαμηλά όταν υπάρχουν μεγάλα φορτία και να προκληθούν ανεπιθύμητες διακοπές. Είναι χαρακτηριστικό το φαινόμενο αυτό συνήθως στις αγροτικές περιοχές [43]. Μείωση του εισοδήματος του Δικτύου: Ο ενεργειακός συμψηφισμός μειώνει το εισόδημα του παρόχου ηλεκτρικής ενέργειας καθότι επιτρέπει στους πελάτες του να καταναλώνουν την ενέργεια που οι ίδιοι παράγουν. Με δεδομένο ότι η επένδυση του καταναλωτή θα επιφέρει και όφελος με το πέρας της απόσβεσής της, από την πλευρά του Δικτύου αυτό μεταφράζεται όχι μόνο σα μείωση φορτίου αλλά και ως απώλεια εισοδήματος από τις κιλοβατώρες που παρήγαγε. Αυτό με τη σειρά του μπορεί να επηρεάσει τον οικονομικό προγραμματισμό εάν υποθέσουμε μεγάλη διείσδυση του net metering καθότι στην τιμή της κιλοβατώρας ενυπάρχουν πολλών ειδών χρεώσεις εκτός του κόστους παραγωγής της [44]. Διαχειριστικά/διοικητικά κόστη: Στη τιμή της κιλοβατώρας όπως προαναφέραμε συνυπάρχουν πέραν του κόστους παραγωγής και κόστη για τα τέλη ΑΠΕ, για το Δίκτυο Μεταφοράς και Διανομής, για τη συντήρηση εγκαταστάσεων και εξοπλισμού, για διοικητικές υπηρεσίες και άλλα [44]. Η τιμολόγηση ενός καταναλωτή που συμμετέχει στο πρόγραμμα ενεργειακού συμψηφισμού μόνο με την ενέργεια που άντλησε από το Δίκτυο οδηγεί σε μετακύλιση χρεώσεων στους υπολοίπους. Χαρακτηριστικό είναι το παράδειγμα της California των ΗΠΑ όπου παρατηρείται υψηλή διείσδυση και το κόστος που μετακυλίεται 80

81 είναι της τάξης των δισεκατομμυρίων ανά έτος. Διάφορες λύσεις προτείνονται για την αντιμετώπιση του συγκεκριμένου φαινομένου, σε καμία περίπτωση όμως δε πρέπει να σταθεί εμπόδιο στην περαιτέρω ενσωμάτωση των φωτοβολταϊκών συστημάτων [46]. Μειωμένο κόστος ενέργειας: Από την πλευρά του Δικτύου που παράγει ενέργεια για να ικανοποιήσει τις ανάγκες των πελατών του, το net metering μοιάζει με μείωση φορτίου. Αυτό σημαίνει ότι συνολικά θα παράγει λιγότερη ενέργεια και θα αντιμετωπίσει πιο εύκολα καταστάσεις ιδιαίτερα τις ώρες αιχμής. Μειωμένο κόστος ισχύος: Το Δίκτυο διασφαλίζει ότι υπάρχει αρκετή διαθέσιμη ισχύς όχι μόνο για να καλύψει ένα απρόσμενα μεγάλο φορτίο αλλά και για έκτακτες καταστάσεις είτε λόγω καιρικών φαινομένων είτε λόγω αστοχίας εξοπλισμού. Το συγκεκριμένο κόστος σχετίζεται άμεσα με το φορτίο αιχμής και αν πάρουμε υπόψιν ότι τα φωτοβολταϊκά συστήματα συνεισφέρουν εκείνη την ώρα γίνεται αμέσως κατανοητό πως το net metering συνεισφέρει τόσο στη μείωση της ζήτησης όσο και στη μείωση του κόστους ισχύος. Μειωμένο κόστος μεταφοράς και διανομής: Η ενέργεια που παράγεται από τα net metering συστήματα καταναλώνεται τοπικά ή σε πολύ κοντινές αποστάσεις και έτσι αποφεύγονται οι απώλειες τόσο στις γραμμές μεταφοράς όσο και στο σύστημα διανομής και οι οποίες μπορεί να φτάσουν μέχρι και το 10%. Όσον αφορά τα Δίκτυα Μεταφοράς και Διανομής, γίνονται συγκεκριμένες δαπάνες για τη συντήρηση τους και τα πιο μεγάλα έξοδα δεν αποφεύγονται. Πάραυτα, όταν Δίκτυο Μεταφοράς έχει να διαχειριστεί μικρότερη αιχμή φορτίου λόγω της παρουσίας των net metering συστημάτων, μακροπρόθεσμα μπορεί να οδηγήσει σε αναβολή της ενίσχυσης ή επέκτασης του. Συμπίεση τιμών: Η μείωση του φορτίου μετατοπίζει τη σχέση μεταξύ των καμπυλών παροχής και ζήτησης τόσο για την ενέργεια όσο και για την ισχύ με αποτέλεσμα να παρατηρούνται αλλαγές στις τιμές της αγοράς. Καθότι το net metering φαίνεται σα μείωση φορτίου, συμπιέζει τις τιμές προς τα κάτω. Αξία της πράσινης ενέργειας: Οι περισσότερες χώρες του ανεπτυγμένου κόσμου έχουν θέσει φιλόδοξους στόχους όσον αφορά τις ΑΠΕ και τη μείωση των εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα. Με την αυξανόμενη χρήση πράσινης ενέργειας μειώνονται οι επικίνδυνοι αέριοι ρύποι που ενισχύουν το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Αν και η συγκεκριμένη προσφορά δε μπορεί να αποτιμηθεί με οικονομικά μεγέθη, έχει μεγάλο περιβαλλοντικό όφελος. Το net metering είναι μια πολιτική προς τη σωστή κατεύθυνση και με τα κατάλληλα κίνητρα μπορεί να συνεισφέρει τα μέγιστα. Μείγμα καυσίμου: Τα φωτοβολταϊκά συστήματα συνεισφέρουν στην ποικιλομορφία του λεγόμενου μείγματος καυσίμου. Σ ένα αυτόνομο νησιωτικό Δίκτυο όπου η περισσότερη ενέργεια προέρχεται από πετρέλαιο ή φυσικό αέριο, οι ΑΠΕ προστατεύουν ως ένα βαθμό τον καταναλωτή από διακυμάνσεις στην τιμή του ρεύματος λόγω διακυμάνσεων στις τιμές των καυσίμων ή άλλων γεγονότων που σχετίζονται με αυτά. [44] 81

82 6.3 ΘΕΜΑΤΑ ΠΟΥ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΔΙΕΥΘΕΤΗΘΟΥΝ ΓΙΑ ΝΑ ΚΑΘΟΡΙΣΤΕΙ ΤΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΣΥΜΨΗΦΙΣΜΟΥ Υπάρχει ποικιλία επιλογών σχετικά με τα τεχνικά θέματα του ενεργειακού συμψηφισμού που μπορούν να επιδράσουν στο κόστος των καταναλωτών. Τα θέματα που αναλύονται σε αυτό το κομμάτι είναι η διαδικασία μέτρησης, ο χειρισμός της παραγωγής όταν δεν ξεπερνά το φορτίο, ο χειρισμός της περίσσειας ενέργειας, η συμμετοχή τρίτων, τα όρια στο μέγεθος των εγκατεστημένων συστημάτων, το όριο στη διείσδυση του ενεργειακού συμψηφισμού, το γειτονικό και εικονικό net metering, η αντιμετώπιση της απώλειας εισοδήματος των εταιριών, η αξία της προκαθορισμένης τιμής και τέλος τα θέματα σχεδιασμού της χρέωσης Μέτρηση Οι ΑΠΕ μετρώνται με έναν από τους παρακάτω τρεις τρόπους ανάλογα τους ισχύοντες κανόνες: 1. Για τους πελάτες με μετρητή αμφίδρομης καταγραφής, οι πάροχοι ηλεκτρικής ενέργειας παρακολουθούν μόνο την καθαρή κατανάλωση ή παραγωγή σε έναν συγκεκριμένο κύκλο χρέωσης. Εάν η παραγωγή υπερβαίνει την κατανάλωση εντός του κύκλου χρέωσης, ο πελάτης είναι καθαρός παραγωγός ενέργειας. Επειδή η απόδοση των ΑΠΕ υπόκειται σε διακυμάνσεις ωριαίες και εποχιακές, μπορεί ορισμένους μήνες να ξεπερνάει την κατανάλωση και σε άλλους όχι. Τα στοιχεία των εταιρειών περιορίζονται από τη συχνότητα με την οποία παρακολουθούνται οι μετρητές. 2. Πιο προηγμένοι έξυπνοι μετρητές καταγράφουν στιγμιαία τη καθαρή κατανάλωση ή παραγωγή στο χώρο του πελάτη. Με αυτού του είδους τον μετρητή, οι εταιρείες μπορούν να αποζημιώνουν τους πελάτες με διαφορετικές τιμές ανάλογα με το κόστος παραγωγής. 3. Στις εγκαταστάσεις ενεργειακού συμψηφισμού μπορούν να εγκατασταθούν δύο ξεχωριστοί μετρητές για τη παραγόμενη και καταναλωθείσα ενέργεια. Η πρώτη μπορεί να αγοραστεί σε προκαθορισμένη τιμή, ενώ η δεύτερη με τη λιανική χρέωση Χειρισμός της παραγωγής όταν δεν ξεπερνά το φορτίο Κατά τη διάρκεια της ημέρας σ ένα φωτοβολταϊκό σύστημα: 1. Το φορτίο του καταναλωτή υπερβαίνει ή είναι ακριβώς ίσο με το παραγόμενο. Από την πλευρά του Δικτύου, έχουμε μείωση στη ζήτηση. 2. Η παραγωγή ξεπερνά το φορτίο του καταναλωτή. Εκείνο το χρονικό διάστημα εξάγεται ενέργεια στο Δίκτυο και παρουσιάζεται ακόμη μικρότερη ζήτηση ενέργειας. 82

83 Σχήμα 6.2 Παράδειγμα εγκατάστασης ενεργειακού συμψηφισμού με ζήτηση μεγαλύτερη από τη παραγωγή Τυπικά, η παραγωγή θεωρείται αρνητική μέχρι το σημείο όπου το φορτίο είναι ακριβώς ίσο όταν αθροίζονται σε μία περίοδο χρέωσης. Οι εγκαταστάσεις που έχουν σχεδιαστεί για να το επιτυγχάνουν ονομάζονται συστήματα μηδενικής ενέργειας. Ενώ δεν παράγουν κανένα καθαρό πλεόνασμα, βοηθούν το Δίκτυο συγκεκριμένες ώρες της ημέρας Χειρισμός της περίσσειας ενέργειας Περίσσεια ενέργειας είναι το κομμάτι της παραγωγής που υπερβαίνει το φορτίο του καταναλωτή σε μια δεδομένη χρονική περίοδο χρέωσης. Τα φωτοβολταϊκά λόγου χάρη, θα έχουν καθαρό πλεόνασμα παραγωγής σε ορισμένες περιόδους χρέωσης, αλλά θα υστερούν σε άλλες. Οι παραγωγοί αποζημιώνονται για αυτό το πλεόνασμα αλλά η αξία που αποδίδεται διαφέρει ανάλογα με το ισχύον πλαίσιο. Παραδείγματα των τρόπων με τους οποίους οι συμμετέχοντες αποζημιώνονται περιλαμβάνουν: 1. Αποζημίωση με την πλήρη τιμή λιανικής σα πίστωση στο μηνιαίο τους λογαριασμό. Αυτές οι πιστώσεις μετακυλίονται επ αόριστον. 2. Αποζημίωση με την πλήρη τιμή λιανικής σα πίστωση στο μηνιαίο τους λογαριασμό. Αυτές οι πιστώσεις μετακυλίονται για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα (συνήθως ένα χρόνο) οπότε και λήγουν. 3. Αποζημίωση με την πλήρη τιμή λιανικής σα πίστωση στο μηνιαίο τους λογαριασμό. Αυτές οι πιστώσεις μετακυλίονται επ αόριστον ή μπορεί ο πελάτης να επιλέξει να αποζημιωθεί με προκαθορισμένη τιμή μικρότερη όμως της λιανικής. 4. Αποζημίωση με προκαθορισμένη τιμή σα πίστωση στο μηνιαίο τους λογαριασμό. Αυτές οι πιστώσεις μετακυλίονται για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα (συνήθως ένα χρόνο) οπότε και λήγουν. 5. Αποζημίωση με προκαθορισμένη τιμή σα πίστωση στο μηνιαίο τους λογαριασμό αλλά χωρίς εγγύηση για το πόσο καιρό μπορούν να τις μετακυλίουν. 83

84 6. Καμία αποζημίωση. Σχήμα 6.3 Παράδειγμα εγκατάστασης ενεργειακού συμψηφισμού με περίσσεια παραγωγής Όρια στο μέγεθος εγκατεστημένων συστημάτων Τα περισσότερα κράτη έχουν επιβάλλει όρια στο μέγεθος των εγκαταστάσεων που είναι επιλέξιμες για συστήματα net metering και διαφορετικά μάλιστα για κατηγορίες πελατών ή για ιδιωτικές και δημόσιες επενδύσεις. Τα όρια μπορούν να οριστούν με απόλυτους αριθμούς (συγκεκριμένα kw) ή ως ποσοστό του ιστορικού φορτίου αιχμής της περιοχής Όρια στη διείσδυση του ενεργειακού συμψηφισμού Συνήθως, υπάρχει συγκεκριμένο όριο και υπολογίζεται ως ποσοστό της ισχύος αιχμής. Στο βαθμό που απαιτούνται νέες επενδύσεις στα Δίκτυα Μεταφοράς και Διανομής εξαιτίας της μεγάλης διείσδυσης της διανεμημένης παραγωγής, τα ανώτατα όρια συμβαδίζουν με το υπάρχον σχέδιο Γειτονικό ή κοινοτικό net metering Το γειτονικό ή κοινοτικό net metering επιτρέπει σε οικιακούς πελάτες να συνενώσουν τους πόρους τους για να επενδύσουν σε ένα σύστημα διανεμημένης παραγωγής και από κοινού να λαμβάνουν παροχές. Το σύστημα μπορεί να εγκατασταθεί σε ένα κοντινό αγροτεμάχιο ή σε ιδιωτική περιουσία. Ο κάθε συμμετέχων καλύπτει ένα μέρος του κόστους εγκατάστασης και λαμβάνει ενεργειακές πιστώσεις ανάλογα με το ποσοστό συμμετοχής του. Το κοινοτικό net 84

85 metering δίνει τη δυνατότητα σε κοινότητες με χαμηλό εισόδημα ή ενοικιαστές να επενδύσουν σε τεχνολογίες ΑΠΕ, που διαφορετικά θα ήταν απαγορευτικό Εικονικό net metering Το εικονικό net metering αποδεσμεύει τον πελάτη από την υποχρέωση να είναι η εγκατάστασή του στο σημείο κατανάλωσης. Η ενέργεια που παράγεται στην απομακρυσμένη θέση πιστώνεται στο μηνιαίο λογαριασμό. Ο νομικός ορισμός του εικονικού net metering διαφέρει από χώρα σε χώρα Αντιμετώπιση της απώλειας εισοδήματος των εταιριών Η απώλεια εισοδήματος των παρόχων ηλεκτρικής ενέργειας εξαιτίας του net metering προς το παρών είναι μικρή στις περισσότερες περιπτώσεις, αλλά γίνονται προτάσεις για τον καθορισμό μιας μηνιαίας χρέωσης με στόχο να μη μετακυλίονται έξοδα από μια ομάδα καταναλωτών στους υπόλοιπους πελάτες. Τέτοιες προτάσεις όμως, θα αυξήσουν το κόστος και την πολυπλοκότητα και είναι πολύ πιθανό να μειώσουν τις επενδύσεις Αξία της προκαθορισμένης τιμής Η προκαθορισμένη τιμή διαφέρει από τον ενεργειακό συμψηφισμό καθότι αποζημιώνεται πλήρως η ηλιακή παραγωγή μέσω συγκεκριμένης τιμής κιλοβατώρας για προκαθορισμένο χρονικό διάστημα. Η παραγόμενη από τα φωτοβολταϊκά ενέργεια και η κατανάλωση του πελάτη μετρώνται χωριστά. Η πρώτη αποζημιώνεται με συγκεκριμένη τιμή ενώ η δεύτερη χρεώνεται με το λιανικό τιμολόγιο. Στα εμπόδια που συναντάμε στη συγκεκριμένη προσέγγιση είναι οι φορολογικές υποχρεώσεις των πελατών και η ανάγκη για περιοδική αλλαγή στη προκαθορισμένη τιμή. Στον αντίποδα, συμβάλλει στη σταθερότητα των οικονομικών προβλέψεων για τις ανανεώσιμες τεχνολογίες και έτσι μειώνει το κόστος Θέματα σχεδιασμού χρέωσης Το net metering εγείρει θέματα σχεδιασμού της χρέωσης σχετικά με τον επιμερισμό του κόστους. Σε αυτή την ενότητα θα ασχοληθούμε με τη διασταυρούμενη κινητροδότηση και την ισότιμη αντιμετώπιση των παρόχων ηλεκτρικής ενέργειας. Διασταυρούμενη κινητροδότηση: Οι καταστάσεις στις οποίες μία ομάδα ανθρώπων πληρώνει περισσότερο για ένα αγαθό ή μια υπηρεσία, ενώ μια άλλη πληρώνει λιγότερο ή πληρώνεται για το ίδιο αγαθό ή υπηρεσία αναφέρονται ως διασταυρούμενη κινητροδότηση. Όταν δε, η ομάδα κατώτερου εισοδήματος πληρώνει περισσότερο ανά μονάδα υπηρεσίας αναφέρεται ως οπισθοδρομική διασταυρούμενη κινητροδότηση. Ο σχεδιασμός και η εκτέλεση της τιμολογιακής πολιτικής με κλάσεις καταναλωτών προσφέρει ευκαιρίες για τέτοιες καταστάσεις. Υπάρχουν τρεις βασικοί τρόποι με τους οποίους ο ενεργειακός συμψηφισμός μπορεί δυνητικά να προκαλέσει διασταυρούμενη κινητροδότηση. 85

86 Συμμόρφωση με τους στόχους ΑΠΕ: Τα περισσότερα κράτη έχουν συγκεκριμένα κίνητρα και στόχους για τις ΑΠΕ. Για την επίτευξη τους, οι πάροχοι ηλεκτρικής ενέργειας προσφέρουν πιστώσεις ή πιστοποιητικά πάνω στην τιμή χονδρικής της ενέργειας. Αν και τα net metering συστήματα είναι επιλέξιμα για τις πληρωμές αυτές, υπάρχει το ενδεχόμενο διασταυρούμενης κινητροδότησης. Φορολογικά κίνητρα: Σε πολλές περιπτώσεις, οι επενδύσεις ΑΠΕ φορολογούνται ευνοϊκά και ως εκ τούτου το κράτος τις χρηματοδοτεί εν μέρει. Αν όμως τα έργα δεν ισοκατανεμηθούν στις διάφορες περιοχές έχουμε την ίδια ανεπιθύμητη κατάσταση. Μετακύλιση κόστους στον καθορισμό της τιμής: Η διανεμημένη παραγωγή μειώνει τις συνολικές πωλήσεις ηλεκτρικής ενέργειας. Με μειωμένες πωλήσεις, τα πάγια έξοδα των εταιρειών μοιράζονται σε λιγότερες κιλοβατώρες με αποτέλεσμα υψηλότερη τιμή. Αυτά τα έξοδα αντισταθμίζονται, τουλάχιστον εν μέρει, από τα οφέλη που προσφέρει η διανεμημένη παραγωγή στο Δίκτυο και σε άλλους φορολογούμενους. Αν καταγραφούν προσεκτικά και με ακρίβεια όλα τα κόστη τότε θα δούμε ότι δεν υπάρχει και τόσο μεγάλη μετακύλιση κόστους καθότι υπάρχουν πλεονεκτήματα και για τους μη συμμετέχοντες. Είναι σημαντικό από άποψη κοινωνικής δικαιοσύνης, δεδομένου ότι οι συμμετέχοντες έχουν μάλλον υψηλότερα εισοδήματα. Μια στρατηγική για να αντιμετωπιστούν οι επιπτώσεις της μετακύλισης του κόστους είναι η δημιουργία ευκαιριών για όλες τις εισοδηματικές κατηγορίες ακόμα και τις χαμηλότερες όπως για παράδειγμα το κοινοτικό net metering που σχολιάστηκε παραπάνω. Ισότιμη αντιμετώπιση των παρόχων ηλεκτρικής ενέργειας: Όταν δεν ισοκατανέμονται τα κόστη, υπάρχει κίνδυνος να επηρεαστεί ο οικονομικός προγραμματισμός ενός παρόχου και ως εκ τούτου να δημιουργηθούν προβλήματα στη παραγωγή και διανομή της ενέργειας. Μείωση του εισοδήματος των παρόχων: Η διανεμημένη παραγωγή μερικές φορές θεωρείται ότι βρίσκεται σε ανταγωνισμό με τους παρόχους, επειδή μειώνει τις λιανικές πωλήσεις και ως εκ τούτου μειώνονται τα έσοδα. Η υψηλότερη τιμή καθιστά τις ΑΠΕ και την Ενεργειακή Απόδοση καλύτερες επενδύσεις και μπορεί να οδηγήσει σε βαθύτερη διείσδυση αυτών, μειώνοντας περαιτέρω πωλήσεις. Αυτό το σενάριο είναι γνωστό ως «σπιράλ θανάτου του Δικτύου". Υπάρχουν επιχειρήματα που υποστηρίζουν ότι αργά ή γρήγορα οι πάροχοι θα χάσουν τη δουλειά τους και άλλα που υποστηρίζουν ότι η επίδραση του net metering στα εισοδήματά τους είναι αμελητέα. Αύξηση κόστους για τους παρόχους: Μερικές φορές οι ΑΠΕ μειώνουν περαιτέρω τα έσοδα των εταιριών αυξάνοντας τα κόστη. Το επιχείρημα είναι ότι οι πάροχοι αναγκάζονται να προγραμματίζουν και να διαχειρίζονται την περίσσεια ενέργειας. Και πάλι όμως, αυτό εξαρτάται από το ποσοστό της διανεμημένης παραγωγής σε σχέση με τη συνολική ή τη συγκέντρωση των διανεμημένων πόρων σε μικρές περιοχές. Το επιπρόσθετο κόστος εξαρτάται από έναν αριθμό παραγόντων, συμπεριλαμβανομένου αλλά όχι μόνο των υποδομών μεταφοράς και διανομής, τη συνολική και ατομική ισχύ των φωτοβολταϊκών, την τοπική ζήτηση ενέργειας και το ημερήσιο ή ετήσιο προφίλ φορτίου. [45] 86

87 6.4 ΠΛΑΙΣΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΣΥΜΨΗΦΙΣΜΟΥ ΑΝΑ ΤΟΝ ΚΟΣΜΟ Ευρώπη: Στο Βέλγιο ανάλογα με την περιοχή επιλέγονται συστήματα μέχρι 5 ή 10 kw, είναι υποχρεωτική η χρήση δύο μετρητών ένας αμφίδρομης ροής και ένας μόνο για τη μέτρηση της παραγόμενης ισχύος ενώ όσον αφορά την εγχεόμενη στο Δίκτυο ενέργεια δίνονται πιστώσεις στις περισσότερες περιπτώσεις. Στη Δανία, οι συμμετέχοντες στο πρόγραμμα ενεργειακού συμψηφισμού εξαιρούνται μερικώς ή πλήρως από ένα επιπρόσθετο τέλος που επιβαρύνει όλους τους πολίτες ανάλογα με τη κατανάλωσή τους. Τέλος, στην Ολλανδία προκρίνονται για net metering συστήματα με συνδέσεις μέχρι 240 Α, οι αυτοπαραγωγοί πληρώνουν τις επιπρόσθετες χρεώσεις μόνο για τις κιλοβατώρες που αντλούν και έχει οριστεί μια χρέωση Δικτύου για αυτές που εκχέουν. Αυστραλία: Κάπως διαφορετικό είναι το πλαίσιο της Αυστραλίας στο οποίο προβλέπεται αποζημίωση της περίσσειας ενέργειας με σταθερή προκαθορισμένη τιμή και μάλιστα στην τριπλάσια περίπου απ αυτή της λιανικής. Καναδάς: Στο Οντάριο του Καναδά επιτρέπονται συστήματα net metering μέχρι και 500kW και οι ενεργειακές πιστώσεις μπορούν να μεταφέρονται μέχρι δώδεκα μήνες πριν γίνει εκκαθάριση. Ταϊλάνδη: Στην Ταϊλάνδη, οι παραγωγοί από ηλιακά, αιολικά και μικρά υδροηλεκτρικά αποζημιώνονται με τη λιανική τιμή για την ενέργεια που εισάγουν στο Δίκτυο όταν η παραγωγή είναι μικρότερη από τη κατανάλωση σε περίοδο ενός μήνα. Εάν υπάρχει περίσσεια ενέργειας αποζημιώνονται με το κόστος κιλοβατώρας που είναι περίπου το 80% της λιανικής τιμής. Η.Π.Α.: Στις Η.Π.Α. ο κανονισμός του net metering μπορεί να διαφέρει από πολιτεία σε πολιτεία. Σε τριάντα από αυτές οι ενεργειακές πιστώσεις μεταφέρονται για 12 μήνες πριν γίνει η εκκαθάριση του λογαριασμού και η αποζημίωση είναι στη λιανική τιμή ενώ σε άλλες πέντε στην οριακή τιμή κόστους του συστήματος. Τέλος, εμφανίζονται περιπτώσεις αποζημίωσης με χρόνο χρήσης (TOU), με προκαθορισμένη τιμή (Feed-in Tariff) και συνδυασμούς ποσοστών είτε με τιμή λιανικής είτε με τιμή κόστους. [43] Ο ενεργειακός συμψηφισμός είναι μια πολιτική ενέργειας που επιτρέπει στους πελάτες του Δικτύου να παράγουν μόνοι τους ένα τμήμα ή ολόκληρη την ενέργεια που χρειάζονται από ΑΠΕ και κυρίως φωτοβολταϊκά συστήματα. Αν και παρέχονται οικονομικά κίνητρα με έμμεσους τρόπους, το κόστος της επένδυσης αναλαμβάνουν οι πολίτες κάτι πολύ σημαντικό δεδομένης της δυσκολίας που περιγράψαμε στο τρίτο κεφάλαιο για ιδιωτικές επενδύσεις. Συνεπώς, το σχήμα του ενεργειακού συμψηφισμού πρέπει να ενισχυθεί εάν ήδη υπάρχει σε κάποιο νησί ή να δημιουργηθεί εκ του μηδενός καθιστώντας τους πολίτες εν δυνάμει αυτοπαραγωγούς. Οι παρακάτω προτάσεις θα συμβάλλουν στη δημιουργία ενός λειτουργικού πλαισίου ή στην ενίσχυση του υπάρχοντος. Υπάρχει ανάγκη για μια ολοκληρωμένη μελέτη που θα λαμβάνει υπόψη της τους περιορισμούς του Δικτύου Διανομής και η οποία θα καθορίσει το πλήθος και την συνολική ισχύ των συστημάτων ΑΠΕ ανά περιοχή του Δικτύου. Ο συνολικός σχεδιασμός θα επιτρέψει τη καλύτερη δυνατή αξιοποίηση του υπάρχοντος συστήματος και οι καταναλωτές θα έχουν ισότιμες ευκαιρίες για συμμετοχή στο πρόγραμμα. Πριν ενεργοποιηθεί ο ενεργειακός συμψηφισμός πρέπει να καθοριστούν διάφορα θέματα σχεδιασμού όπως η αποζημίωση της περίσσειας ενέργειας. Υπάρχουν 87

88 ήδη πολλά και διαφορετικά σχήματα ενεργοποιημένα ώστε να αποφασίσει το κάθε νησί ποιο σχήμα είναι το πιο συμφέρον για τις ανάγκες και τους στόχους του. Σε κάθε περίπτωση, το εικονικό net metering αναμένεται να αυξήσει τις ευκαιρίες επενδύσεων και να βοηθήσει την ανάπτυξη μικρών επιχειρήσεων για τις οποίες το κόστος ενέργειας είναι σημαντικός παράγοντας. Στην περίπτωση που δεν υπάρχει ήδη το net metering, θα προτείναμε το σχήμα κατά το οποίο η αποζημίωση της περίσσειας ενέργειας είναι με προκαθορισμένη τιμή, υψηλότερη από τη λιανική ώστε να υπάρχει ισχυρό κίνητρο για επενδύσεις από τους καταναλωτές στην αρχική του φάση. Το υψηλό κόστος παραγωγής ενέργειας στα αυτόνομα Δίκτυα, καθιστά αυτόματα πιο ελκυστικές αυτές τις επενδύσεις σε σχέση με τις ηπειρωτικές χώρες. Θα πρέπει να εξαλειφθούν όλα τα νομικά εμπόδια που μπορεί να περιορίζουν την αυτοπαραγωγή ή την αυτοκατανάλωση και το πλαίσιο του ενεργειακού συμψηφισμού θα ενισχυθεί αν υπάρχει η δυνατότητα για ρυθμιζόμενες χρεώσεις που αντανακλούν το πραγματικό κόστος ενέργειας. Το να τεθούν όρια στη διείσδυση του ενεργειακού συμψηφισμού δεν εξυπηρετεί το βασικό στόχο της βέλτιστης εκμετάλλευσης του ανανεώσιμου δυναμικού ενός νησιού. Το θέμα της μετακύλισης χρεώσεων μεταξύ των καταναλωτικών ομάδων που συμμετέχουν ή όχι όπως και η απώλεια εσόδων για την εταιρεία παροχής ηλεκτρικής ενέργειας, είναι υπαρκτά προβλήματα που οξύνονται όσο θα μεγαλώνει η διείσδυση. Η επιβολή όμως ενός τέλους που θα ισοσταθμίσει τις υπόλοιπες χρεώσεις που περιλαμβάνονται στη λιανική τιμή της κιλοβατώρας δεν είναι και η καλύτερη λύση καθώς μπορεί να λειτουργήσει αποτρεπτικά για τις επενδύσεις. Προτείνεται αντ' αυτού, η κοινωνικοποίηση αυτής της οικονομικής διαφοράς στα πλαίσια του εφικτού και / ή κρατική ενίσχυση της εταιρείας προμήθειας ενέργειας για τη συντήρηση ή τις επενδύσεις στο Δίκτυο που μπορεί να επηρεαστούν από τη διαφαινόμενη απώλεια εσόδων. Τα οικονομικά κίνητρα που ενδέχεται να δοθούν για τη συμμετοχή στο πρόγραμμα, μπορούν κάλλιστα να συνδυαστούν σε ένα γενικότερο επενδυτικό σχέδιο που θα περιλαμβάνει έξυπνους μετρητές, συστήματα αποθήκευσης ενέργειας από τη πλευρά των καταναλωτών και προώθηση των προγραμμάτων Διαχείρισης της Ζήτησης. 88

89 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Ο εκσυγχρονισμός του ηλεκτρικού Δικτύου μέσω συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας θα βοηθήσει το αυτόνομο σύστημα να αντιμετωπίσει την πρόκληση των μεταβαλλόμενων αναγκών, ενσωματώνοντας μεγαλύτερα ποσά ενέργειας από ΑΠΕ. Τα συστήματα αποθήκευσης ενισχύουν την αξιοπιστία του Δικτύου και η αποθηκευμένη ενέργεια μπορεί να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στη βελτίωση των λειτουργικών δυνατοτήτων του, στη μείωση του κόστους καθώς και την μείωση ή αναβολή ορισμένων επενδύσεων σε υποδομές. Είναι επίσης καθοριστικής σημασίας για καταστάσεις έκτακτης ανάγκης λόγω της ικανότητάς της να παρέχει εφεδρική ισχύ καθώς και υπηρεσίες σταθεροποίησης του Δικτύου. [47] Οι διάφορες τεχνολογίες αποθήκευσης ποικίλουν σε σχεδιασμό, τεχνολογική ωριμότητα, κόστος και κυρίως στη καταλληλότητα τους για παροχή διαφορετικών υπηρεσιών. Συνεπώς, καμία τους δεν υπερέχει γενικά και η επιλογή θα κριθεί από τις ανάγκες του εκάστοτε νησιωτικού Δικτύου. [48] Σχήμα 7.1 Παγκόσμιο εγκατεστημένο δυναμικό αποθήκευσης ενέργειας σε MW [49] Όπως φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα, η υδραντλητική αποθήκευση ενέργειας υπερέχει συντριπτικά σε παγκόσμιο επίπεδο μιας και είναι σε θέση να αποθηκεύει τεράστια ποσά ενέργειας. Καθότι όμως εξαρτάται από τις γεωμορφολογικές συνθήκες, στα περισσότερα νησιά δε μπορεί καν να εφαρμοστεί. Τα συστήματα μπαταριών όπως και άλλες, νέες και αναδυόμενες τεχνολογίες αναμένεται να παίξουν καθοριστικό ρόλο στη περίπτωσή μας. Στη συνέχεια του κεφαλαίου θα αναφέρουμε όλες τις δυνατές υπηρεσίες που μπορούν να προσφέρουν τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας στο Δίκτυο, θα παραθέσουμε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των διαφόρων τεχνολογιών και θα προτείνουμε το κατάλληλα συστήματα για την ανάλογη υπηρεσία. Τέλος, θα σχολιάσουμε τα αποτελέσματα από τη λειτουργία συστημάτων αποθήκευσης σε νησιά, ώστε να βγουν χρήσιμα συμπεράσματα που θα μας βοηθήσουν στη λήψη ορθών επενδυτικών αποφάσεων. 89

90 7.1 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ Μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 1980 η αποθήκευση ενέργειας θεωρούνταν από τις εταιρείες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ως μέσο για τη μετατόπιση ενέργειας που παρήχθη από συμβατικές και πυρηνικές μονάδες κατά τις ώρες χαμηλού φορτίου για να αντικαταστήσει την ενέργεια που θα παράγονταν από τις πιο ακριβές αιχμιακές μονάδες. Διάφοροι παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων των περιβαλλοντικών ανησυχιών για την κατασκευή μεγάλων υδραντλητικών σταθμών και η εμφάνιση άλλων τεχνολογιών αποθήκευσης που χρησιμοποιούν μπαταρίες και σφόνδυλους, εισήγαγαν τη δυνατότητα χρήσης του αποθηκευμένου φορτίου για την παροχή επιπλέον υπηρεσιών. Οι εφαρμογές που προσδιορίζονται στον παρακάτω πίνακα δείχνουν ότι η αποθήκευση ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να υποστηρίξει την παραγωγή, τη μεταφορά, τη διανομή καθώς επίσης και τις ανάγκες των πελατών του Δικτύου. Αυτή η ενότητα περιγράφει ορισμένες από τις λειτουργίες που είναι εμπορικά βιώσιμες και σχετικές με το προσεχές μέλλον. Σχήμα 7.2 Υπηρεσίες που προσφέρει η αποθήκευση ενέργειας στο Δίκτυο [47] Εφόσον η αποθήκευση ενέργειας μπορεί να έχει διαφορετικούς ρόλους, επιτρέπει στο Δίκτυο να συλλάβει πολλαπλά οφέλη για να αντισταθμίσει το κόστος. Η ευελιξία της αποθήκευσης μπορεί να αξιοποιήσει παράλληλες πηγές εσόδων για την επίτευξη οικονομικής βιωσιμότητας. Το πως κατανέμονται αυτές οι υπηρεσίες εξαρτάται από τη θέση του συστήματος και την τεχνολογία αποθήκευσης. [47] Χρονική μετατόπιση ηλεκτρικής ενέργειας (Arbitrage): Το αρμπιτράζ περιλαμβάνει την αγορά φθηνής ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη διάρκεια περιόδων που η τιμή ή το οριακό κόστος του συστήματος είναι χαμηλά για να φορτιστεί το σύστημα αποθήκευσης, έτσι ώστε η αποθηκευμένη ενέργεια να χρησιμοποιηθεί ή να πωληθεί σε μεταγενέστερο χρόνο και υψηλότερη τιμή [47]. Εντούτοις, η πιο πιθανή και αποδοτική εφαρμογή του αρμπιτράζ για τη περίπτωση των νησιωτικών Δικτύων είναι η αποθήκευση ενέργειας στα διαστήματα υψηλής αιολικής παραγωγής και χαμηλού φορτίου, που διαφορετικά θα περικόπτονταν [50]. Επικουρικές υπηρεσίες: Ρύθμιση και απόκριση συχνότητας: Η ρύθμιση αποτελεί μια από τις Επικουρικές Υπηρεσίες στην οποία η αποθήκευση ενέργειας ανταποκρίνεται ιδιαίτερα καλά. Μέσω της ρύθμισης αποσβένονται οι στιγμιαίες διαφορές που προκαλούνται μεταξύ παραγωγής και ζήτησης από τις διακυμάνσεις των φορτίων και καλύπτεται από στρεφόμενες εφεδρείες. Οι μονάδες βάσης φθείρονται όταν παρέχουν μεταβλητή ισχύ για τις ανάγκες ρύθμισης, οπότε πραγματοποιείται από τις πιο ακριβές και γρήγορες αιχμιακές 90

91 μονάδες. Πλέον, μπορούμε να χρησιμοποιούμε και τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας για να καλύψουμε αυτή την ανάγκη. Σχήμα 7.3 Καμπύλη φορτίου με και χωρίς ρύθμιση [47] Η απόκριση συχνότητας αποτελεί εφεδρεία διαταραχής σε σχέση με τη ρύθμιση που είναι εφεδρεία ομαλής λειτουργίας και αντιδρά με τις ανάγκες του συστήματος εντός δευτερολέπτων, όταν υπάρχει μια ξαφνική απώλεια μονάδας παραγωγής ή γραμμής μεταφοράς. Για να διατηρηθεί η συχνότητα του συστήματος και η σταθερότητα του Δικτύου από τη ξαφνική διαταραχή, έχουμε τη Πρωτεύουσα Ρύθμιση κατά την οποία οι μονάδες παραγωγής αναλαμβάνουν μεγαλύτερο μέρους του φορτίου ανάλογα με το στατισμό τους. Αυτή ακολουθείται από την μεγαλύτερη σε διάρκεια Δευτερεύουσα Ρύθμιση που μέσω του αυτόματου ελέγχου παραγωγής προσαρμόζει κατάλληλα την ισχύ εξόδου των μονάδων. Οι δύο αυτοί έλεγχοι διενεργούνται από συνδεδεμένες εφεδρείες. Τέλος, έχουμε τη Τριτεύουσα Ρύθμιση που προέρχεται από συνδεδεμένες ή μη εφεδρείες και έχει στόχο να αναλάβει τη κάλυψη μέρους του φορτίου ώστε η Πρωτεύουσα και Δευτερεύουσα Ρύθμιση να καταστούν και πάλι διαθέσιμες. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ο ρυθμός με τον οποίο η συχνότητα φθίνει μετά το γεγονός που την προκάλεσε είναι ευθέως ανάλογος με τη συνολική αδράνεια του Δικτύου εκείνη τη στιγμή. Η περιστρεφόμενη μάζα των συνδεδεμένων γεννητριών καθορίζει αθροιστικά την αδράνεια. Η ταχεία απόκριση των σφονδύλων ή των συστημάτων αποθήκευσης με μπαταρίες λόγου χάρη συμβάλλουν στη σταθεροποίηση της συχνότητας κατά το πρώιμο και πιο κρίσιμο διάστημα. [47] Παρακολούθηση φορτίου: Πρόκειται για εφεδρεία ομαλής λειτουργίας που είναι αρκετά πιο αργή από τη ρύθμιση και υπόκειται στις εντολές κατανομής του Διαχειριστή ΜΔΝ. Καλύπτεται από στρεφόμενες εφεδρείες και από μη στρεφόμενες ανάλογα με το διάστημα που μεσολαβεί για τη παρακολούθηση φορτίου. Η αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας είναι κατεξοχήν κατάλληλη για την απόσβεση της μεταβλητότητας των μη κατανεμόμενων ΑΠΕ και χρησιμοποιείται ευρέως σε αυτή την εφαρμογή. Τεχνικά, οι λειτουργικές απαιτήσεις για ένα σύστημα αποθήκευσης σε αυτήν την εφαρμογή είναι οι ίδιες με εκείνες που απαιτούνται ώστε να ανταποκριθεί σε ένα ταχέως ή τυχαίως μεταβαλλόμενο προφίλ φορτίου. Οι περισσότερες εφαρμογές για ΑΠΕ με ανάγκη αποθήκευσης καθορίζουν μια μέγιστη αναμενόμενη προς τα πάνω και κάτω ράμπα σε MW/λεπτό και τη χρονική διάρκεια αυτής. Με αυτή τη σχεδίαση το σύστημα είναι κατάλληλο για ακολουθία φορτίου και υποστήριξη των μεταβαλλόμενων ανανεώσιμων πηγών. Η αποθήκευση μπορεί να ανακουφίσει τους σταθμούς παραγωγής που προσφέρουν αυτή την υπηρεσία κυκλικά και τις άλλες τεχνικές βραχυπρόθεσμης διαχείρισης ισχύος. 91

92 Σχήμα 7.4 Διαδοχική δράση της Πρωτεύουσας, Δευτερεύουσας και Τριτεύουσας Ρύθμισης που ακολουθεί μια ξαφνική απώλεια παραγωγής [47] Τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας αποφορτίζουν μόνο όταν παραστεί ανάγκη ανταποκρινόμενα στα κατάλληλα σήματα ελέγχου. Το σχήμα 5 δείχνει πως η αποθήκευση ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις της στρεφόμενης εφεδρείας. Το πάνω διάγραμμα δείχνει μια απώλεια παραγωγής και το κάτω την άμεση ανταπόκριση με αποφόρτιση 30 λεπτών για να παρέχει εφεδρική ισχύ έως ότου συνδεθεί άλλη γεννήτρια. [47] Σχήμα 7.5 Αποθήκευση ενέργειας ως εφεδρεία ισχύος [47] 92

93 Ενσωμάτωση μη κατανεμόμενων ΑΠΕ στο Δίκτυο: Τα συστήματα αποθήκευσης και πιο συγκεκριμένα, συστήματα μπαταριών σύγχρονης τεχνολογίας, είναι σε θέση να εξομαλύνουν την ισχύ εξόδου των ΑΠΕ και να περιορίζουν τους ρυθμούς μεταβολής στη παραγωγή ώστε να τροφοδοτούν το Δίκτυο με ποιοτική ενέργεια. Ο σχεδιασμός τους σε αυτή τη περίπτωση δεν είναι για μείωση των περικοπών ενέργειας, αλλά για περιορισμό έως και εξουδετέρωση των επιπτώσεων ενός αιολικού ή φωτοβολταϊκού πάρκου στη συχνότητα του Δικτύου. [25] Υποστήριξη τάσης, μείωση αιχμών και αναβολή επενδύσεων στο σύστημα διανομής: Η αναβολή αναβάθμισης του συστήματος διανομής επιτυγχάνεται μέσω συστημάτων αποθήκευσης ώστε να καθυστερήσουν ή να αποφευχθούν επενδύσεις που διαφορετικά θα ήταν αναγκαίες. Η αναβολή αναβάθμισης θα μπορούσε να είναι μια αντικατάσταση ενός γηρασμένου ή ταλαιπωρημένου μετασχηματιστή διανομής σε υποσταθμό ή η εκ νέου αντικατάσταση των γραμμών διανομής με βαρύτερο σύρμα. Όταν αντικαθίσταται ένας μετασχηματιστής, το μέγεθος του επιλέγεται ώστε να εξυπηρετεί τη μελλοντική αύξηση φορτίου για τα επόμενα 15 έως 20 χρόνια. Έτσι, ένα σημαντικό μέρος αυτής της επένδυσης υπολειτουργεί για το μεγαλύτερο μέρος της ζωής του νέου εξοπλισμού. Το αποθηκευτικό σύστημα, το οποίο θα αναλαμβάνει μέρος του φορτίου κατά τις περιόδους αιχμής, θα επεκτείνει την επιχειρησιακή ζωή του μετασχηματιστή για πολλά χρόνια. Αξίζει να σημειωθεί ότι για τους περισσότερους κόμβους μέσα σε ένα σύστημα διανομής, τα υψηλότερα φορτία εμφανίζονται μόλις λίγες ημέρες το χρόνο, για λίγες ώρες ανά έτος. Μια σημαντική συνέπεια αυτού, είναι ότι το σύστημα που χρησιμοποιείται για αυτή την εφαρμογή μπορεί να προσφέρει σημαντικά οφέλη με περιορισμένη ή καθόλου εκφόρτιση. Εάν είναι δε, σε μορφή εμπορευματοκιβωτίου μπορεί να μετακινηθεί και σε άλλους υποσταθμούς όπου μπορεί να συνεχίσει να αναβάλει παρόμοιες αποφάσεις αναβάθμισης. [47] Εάν θέλουμε να υποστηρίξουμε το Δίκτυο χαμηλής τάσης για να ανταποκριθεί στις καθημερινές αιχμές του φορτίου και να μην προχωρήσουμε στην ενίσχυσή του, τα συστήματα αποθήκευσης ανταποκρίνονται επιτυχώς. Στη συγκεκριμένη περίπτωση όμως, ίσως είναι λίγο διαφορετικές οι προδιαγραφές διότι αναμένεται να λειτουργεί δύο ώρες καθημερινώς, με ένα ή δυο κύκλους εκφόρτισης. Μέσω της μετατόπισης φορτίων, μειώνονται επίσης οι απαιτήσεις από το Δίκτυο Μεταφοράς. Τα χαρακτηριστικά όμως του συστήματος θα πρέπει να επιτρέπουν καθημερινή λειτουργία περίπου οχτώ ωρών. [50] Ταυτόχρονα, μπορεί να παρέχει υποστήριξη τάσης στις γραμμές διανομής. Το Δίκτυο διατηρεί την τάση σε προκαθορισμένα όρια μέσω αλλαγής σπειρών του μετασχηματιστή στον υποσταθμό διανομής και μεταγωγής πυκνωτών. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε μεγάλες, ακτινικές γραμμές όπου ένα οικιακό φωτοβολταϊκό σύστημα λόγου χάρη μπορεί να προκαλεί απαράδεκτες διακυμάνσεις τάσης στους γειτονικούς πελάτες. Αυτές οι διακυμάνσεις μπορούν να μειωθούν αποτελεσματικά με έγχυση ενεργού ισχύος από το σύστημα αποθήκευσης. [47] Αποθήκευση ενέργειας από την πλευρά του καταναλωτή: Η ανάπτυξη ολοένα και περισσότερο των νέων τεχνολογιών από την πλευρά του καταναλωτή, αυξάνει τις απαιτήσεις του και διαφοροποιεί το τρόπο που χειρίζεται την ηλεκτρική ενέργεια. Η εξέλιξη του Έξυπνου Δικτύου συμβάλλει στην αξιοπιστία, την αποδοτικότερη και πιο οικονομική λειτουργία. Οι εξελίξεις αυτές δημιουργούν μια ευκαιρία για τα οικιακά αποθηκευτικά συστήματα να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο. Η αποθήκευση ενέργειας χρησιμοποιείται εδώ και πολλά χρόνια για να επιτευχθούν βελτιωμένη αξιοπιστία και οικονομικά οφέλη. Συστήματα αδιάλειπτης τροφοδοσίας χρησιμοποιούνται από όσους απαιτούν υψηλή αξιοπιστία με τη παροχή βραχυπρόθεσμης ισχύς να γεφυρώνει το χρονικό διάστημα μεταξύ της διακοπής και της έναρξης εφεδρικής παραγωγής. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας παρέχει και εφεδρική ισχύ. [47] Τα συνδυασμένα συστήματα φωτοβολταϊκών και αποθήκευσης διεισδύουν όλο και περισσότερο καθότι αυξάνουν την ενεργειακή αυτονομία των καταναλωτών αποδεσμεύοντας το χρόνο παραγωγής με αυτόν της κατανάλωσης, εμπεριέχοντας συχνά και οικονομικά οφέλη [50]. Καθώς πέφτει η τιμή φωτοβολταϊκών, περισσότεροι θα επιλέγουν το συγκεκριμένο συνδυασμό. Η ανάπτυξη των ηλεκτρικών οχημάτων είναι άλλη μια μορφή οικιακής αποθήκευσης. Ο προγραμματισμός της φόρτισης μπορεί να διεξαχθεί με τρόπο που να 93

94 υποστηρίζει την αξιοπιστία του Δικτύου, αντί να λειτουργεί σαν ένα ακόμη απρόβλεπτο φορτίο. Μόλις οι μπαταρίες των ηλεκτρικών οχημάτων ταλαιπωρηθούν αρκετά (όταν η ενεργειακή τους ικανότητα φθάνει το 80% της αρχικής τους τιμής), μπορούν να χρησιμοποιηθούν για στατική αποθήκευση. Σε γενικές γραμμές, η αποθήκευση ενέργειας από την πλευρά του καταναλωτή είναι ρυθμισμένη για να καλύπτει τις ανάγκες του. Μια οικιακή μονάδα μπορεί να είναι 1.5 με 5 kw και από 3 εώς 20 kwh, ενώ τα εμπορικά σύστημα κυμαίνονται συνήθως από 10 kw έως πολλά MW. [47] 7.2 ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ Παράμετροι συστημάτων αποθήκευσης Αποθηκευτική ικανότητα ενέργειας: Είναι το ποσό της ενέργειας που μπορεί να αποθηκευτεί μία δεδομένη χρονική στιγμή και μετριέται σε kwh ή Ah. Η διαθέσιμη ενέργεια συνήθως θα είναι λιγότερη για διάφορους λόγους. Σε ορισμένες τεχνολογίες μπαταριών, όσο πιο γρήγορα εγχέεται η ενέργεια, τόσο λιγότερο είναι το διαθέσιμο ποσό. Σε άλλες, υπάρχουν περιορισμοί για το βάθος εκφόρτισης διότι επηρεάζει σημαντικά τη διάρκεια ζωής τους. [48] Ισχύς φόρτισης και αποφόρτισης: Μετριέται σε kw ή A και δείχνει το ρυθμό με τον οποίο προστίθεται ή αφαιρείται ενέργεια από ένα αποθηκευτικό σύστημα. Συνήθως, δεν θα είναι σταθερές τιμές αλλά εξαρτώνται από τη διαθέσιμη ενέργεια και το πόσο χρόνο φόρτιζαν ή αποφόρτιζαν συνεχόμενα. Παρόλα αυτά, μπορούν να οριστούν ονομαστικές τιμές που είναι αντιπροσωπευτικές. Οι περισσότερες τεχνολογίες χαρακτηρίζονται από την ισχύ αποφόρτισης που συνήθως είναι μεγαλύτερη από αυτή της φόρτισης. [48] Χρόνος αποφόρτισης: Περιγράφει το χρόνο που μπορεί να παρέχει ενέργεια ένα σύστημα υπό συγκεκριμένη ισχύ, συνήθως την ονομαστική ισχύ αποφόρτισης. [52] Αποδοτικότητα: Μετριέται σε ποσοστό επί τις εκατό (%) και εκφράζει το ποσό της διαθέσιμης αποθηκευμένης ενέργειας σε σχέση με αυτό που καταναλώθηκε για να φορτίσει το σύστημα αποθήκευσης. Απώλειες υπάρχουν και στους δύο κύκλους μετατροπής και η αποδοτικότητα είναι σημαντικός παράγοντας διότι επηρεάζει άμεσα το κόστος της τεχνολογίας αποθήκευσης. [48] Διάρκεια ζωής: Κάθε τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας έχει συγκεκριμένο χρόνο ζωής που μετριέται σε κύκλους ή χρόνια. Ορισμένες εξαρτώνται από τους πόσους κύκλους φόρτισης / αποφόρτισης έχουν κάνει, ενώ άλλες επηρεάζονται απλά από το χρόνο. Το βέβαιο όμως είναι, πως η απόδοση των περισσότερων τεχνολογιών μειώνεται αισθητά από ένα σημείο και μετά. [48] Αυτονομία: Πρόκειται για το μέγιστο χρονικό διάστημα που μπορεί το σύστημα να απελευθερώνει τη διαθέσιμη αποθηκευμένη ενέργεια συνεχόμενα υπό την ισχύ αποφόρτισης σεβόμενοι τους ανάλογους περιορισμούς για μέγιστη διάρκεια ζωής. Η αυτονομία είναι μικρότερη από το χρόνο αποφόρτισης. [52] Αρχικό κόστος επένδυσης: Το κόστος ενός συστήματος θα εξαρτηθεί από πολλούς παράγοντες όπως το μέγεθός του, η τοποθεσία, το τοπικό κόστος εργασίας, η επιθυμητή εφαρμογή, το κόστος μεταφοράς και κλιματολογικοί ή περιβαλλοντικοί περιορισμοί. Υπάρχουν επίσης επιπρόσθετες δαπάνες, απαραίτητες για τη λειτουργία του συστήματος όπως ο εξοπλισμός ασφαλείας, ο αντιστροφέας, αισθητήρες, συστήματα ελέγχου και τηλεχειρισμού το κόστος των οποίων είναι συγκρίσιμο ή μπορεί και να ξεπεράσει το αρχικό 94

95 κόστος του συστήματος αποθήκευσης. Για να συγκρίνουμε όμως τις διαθέσιμες τεχνολογίες, καθορίζονται τιμές σε σχέση με τη διαθέσιμη ισχύ [$/kw] ή τη διαθέσιμη ενέργεια [$/kwh]. Τέλος, πρέπει να συνυπολογίσουμε και την αναμενόμενη διάρκεια ζωής καθώς επηρεάζει άμεσα το κόστος. [48] Λειτουργικά κόστη: Τα συστήματα αποθήκευσης όλων των τεχνολογιών εμπεριέχουν κόστη συντήρησης ώστε να διατηρούνται στο επιθυμητό επίπεδο λειτουργίας. Εξαρτώνται από τη συχνότητα λειτουργίας, τη περιβάλλουσα θερμοκρασία, τη συνολική ποιότητα της εγκατάστασης, τη τήρηση του προγράμματος συντήρησης και τη προστασία από υπερφορτίσεις ή βαθιές εκφορτίσεις. Όλα τα παραπάνω, εμπεριέχονται σ' ένα τυπικό ετήσιο κόστος λειτουργίας σε σχέση με το μέγεθος του συστήματος και τον αναμενόμενο χρόνο ζωής [$ / kw x years]. [48] Πυκνότητα ενέργειας και ισχύος: Σ' ένα στατικό σύστημα, το βάρος ή ο όγκος του δεν επηρεάζουν τη λειτουργικότητά του, όμως σε κινητές εφαρμογές ή σε συγκεκριμένες τοποθεσίες μπορεί να παίζουν σημαντικό ρόλο. Για αυτό ορίζουμε τη πυκνότητα ενέργειας σε [kwh / ton] ή [kwh / m 3 ] και όσο μεγαλώνει αυτό το χαρακτηριστικό, τόσο ελαφρύτερη και μικρότερη θα είναι η εγκατάσταση. [48] Χαρακτηριστικά των τεχνολογιών αποθήκευσης Τα αποθηκευτικά συστήματα μπορούν να σχεδιαστούν με μια ευρεία ποικιλία τεχνολογιών όπως υδραντλητικά, αποθήκευση ενέργειας με συμπιεσμένο αέρα, μεγάλη ποικιλία μπαταριών (NaS, Li-ion, Pb-Acid), σφoνδύλους και αποθήκευση ενέργειας σε υπεραγώγιμα πηνία ή υπερπυκνωτές. Κάθε τεχνολογία έχει τα δικά της χαρακτηριστικά που την καθιστούν κατάλληλη για συγκεκριμένες υπηρεσίες Δικτύου και όχι τόσο κατάλληλη για άλλες εφαρμογές. Αυτή η ικανότητα ενός αποθηκευτικού συστήματος να εφαρμόζει σε διαφορετικές απαιτήσεις, είναι που του επιτρέπει να προσφέρει πολλαπλές υπηρεσίες. Δίνει επίσης στο αποθηκευτικό σύστημα μεγαλύτερη ευελιξία που δε μπορεί να αντικατασταθεί από άλλες πηγές όπως αεριοστρόβιλους ή γεννήτριες diesel. Επιπλέον, η προσαρμογή του συστήματος αποθήκευσης σε πολλαπλές απαιτήσεις καθιστά την επένδυσή του πιο ελκυστική. Παρότι η κατηγοριοποίηση των τεχνολογιών σε ανεπτυγμένες, στάδιο επίδειξης και πρώιμο στάδιο είναι συχνά δύσκολη και αλλάζει με το χρόνο, το παρακάτω σχήμα επιχειρεί να τις κατατάξει ανάλογα με το βαθμό ωριμότητας. [47] Σχήμα 7.6 Βαθμός ωριμότητας των διαφόρων τεχνολογιών αποθήκευσης [47] 95

96 Ανεπτυγμένες και εμπορικά διαθέσιμες τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας Υδραντλητική αποθήκευση (Pumped Hydroelectric Energy Storage - PHES): Η υδραντλητική ενέργεια είναι πολύ ώριμη τεχνολογία με εμπορικές εφαρμογές μεγάλης κλίμακας σ όλο τον κόσμο. Μέσω της αντλίας καταναλώνει ρεύμα όταν το φορτίο είναι χαμηλό ανεβάζοντας νερό στην πάνω δεξαμενή και αντίστροφα το απελευθερώνει στη κάτω δεξαμενή για να παράγει ρεύμα όταν χρειάζεται. [47] Έχει πολύ χαμηλό κόστος ενέργειας και για αυτό προσφέρεται για αποθήκευση τεράστιων ποσοτήτων. Μπορεί να προσφέρει υπηρεσίες ρύθμισης συχνότητας και τάσης και είναι το καλύτερο μέσο για μεγάλη εποχιακή αποθήκευση ενέργειας. [52] Νέες δυνατότητες που προκύπτουν από την μεταβλητή ταχύτητα άντλησης αναμένεται να προσφέρουν επιπρόσθετες υπηρεσίες που θα βοηθήσουν καθοριστικά στην ενσωμάτωση αιολικής ενέργειας μέσω υβριδικών εγκαταστάσεων. Οι σχεδιαζόμενες εφαρμογές φτάνουν μέχρι και τα 4000 MW με αποδοτικότητα 75-85% ανάλογα την τεχνολογία και έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής που φτάνει τα χρόνια. [47] Εξαρτάται από την εύρεση κατάλληλης τοποθεσίας και η εγκατάσταση απαιτεί πολλές ειδικότητες μηχανικών όπως και μόνιμο προσωπικό. [48] Πίνακας 7.1 Χαρακτηριστικά της υδραντλητικής αποθήκευσης ενέργειας [48] Πίνακας 7.2 Χαρακτηριστικά της αποθήκευσης ενέργειας με πεπιεσμένο αέρα [48] 96

97 Αποθήκευση ενέργειας με πεπιεσμένο αέρα (Compressed Air Energy Storage - CAES): TA CAES θεωρούνται ώριμη τεχνολογία διότι βασίζονται σε συμβατικό εξοπλισμό και λειτουργούν με παρεμφερή τρόπο αποθηκεύοντας ενέργεια με τη μορφή πεπιεσμένου αέρα σε δεξαμενές ή υπόγεια σπήλαια. Όπως και πριν, υπάρχουν πολύ συγκεκριμένες γεωγραφικές προδιαγραφές όσον αφορά το περιβάλλον εγκατάστασής τους με το ανάλογο κόστος και για αυτό η συγκεκριμένη τεχνολογία αποθήκευσης είναι βιώσιμη μόνο σε πολύ μεγάλες εφαρμογές άνω των 500 MW. Συχνά εντάσσονται σε υβριδικά συστήματα όπου τα CAES αυξάνουν την απόδοση των συμβατικών καυσίμων για τη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.[48] Μπορούν να βοηθήσουν στη σταθερότητα του Δικτύου παρέχοντας αποθεματικά ισχύος, με ρύθμιση συχνότητας και τάσης και συμβάλλουν στην ενσωμάτωση των μη κατανεμόμενων ΑΠΕ.[47] Αποθήκευση ενέργειας με σφόνδυλους (Flywheels): Υπάρχουν δύο είδη σφονδύλων. Οι υψηλής διάρκειας σφόνδυλοι που βρίσκονται σε ερευνητικό στάδιο και οι υψηλής ισχύος οι οποίοι απελευθερώνουν την ενέργειά τους σε πολύ μικρά χρονικά διαστήματα.[48] Στις εγκαταστάσεις αυτές αποθηκεύεται ρεύμα σε στρεφόμενους δίσκους οι οποίοι μπορούν να επιταχυνθούν και να επιβραδυνθούν πολύ γρήγορα διασφαλίζοντας σταθερή συχνότητα στο Δίκτυο. Οι σφόνδυλοι προς το παρών, χρησιμοποιούνται εμπορικά κυρίως για ρύθμιση συχνότητας [47], για την απόσβεση των μεταβολών που προκαλούν οι μη κατανεμόμενες ΑΠΕ και για βελτίωση της ποιότητας της παρεχόμενης ισχύος αλλά είναι κατάλληλοι και για σύντομη παροχή σε περιπτώσεις διακοπών μέχρι να ξεκινήσει η εφεδρική παραγωγή ενέργειας. Πρόκειται για μέθοδο αποθήκευσης με μεγάλη διάρκεια ζωής, υψηλό κόστος επένδυσης αλλά χαμηλό κόστος συντήρησης. [48] Πίνακας 7.3 Χαρακτηριστικά της αποθήκευσης ενέργειας με σφονδύλους υψηλής ισχύος [48] Αποθήκευση ενέργειας με μπαταρίες: Οι μπαταρίες είναι αρθρωτή τεχνολογία που σημαίνει ότι με κάθε μονάδα που προστίθεται αυξάνεται η χωρητικότητα και ανάλογα με την αρχιτεκτονική μπορεί να αυξηθεί και η ισχύς φόρτισης και αποφόρτισης. Η διάρκεια ζωής τους εξαρτάται από το βάθος εκφόρτισης (depth of discharge - DoD) σε όλων των ειδών τις μπαταρίες αλλά ανάλογα με τη τεχνολογία οι επιδράσεις είναι μικρότερες ή μεγαλύτερες.[48] Σε αντίθεση με τα πλεονεκτήματα που παρουσιάστηκαν παραπάνω, οι μπαταρίες έχουν αρκετά μικρότερη ισχύ και χρόνο αποφόρτισης, από δευτερόλεπτα έως οχτώ ώρες, δεν εξαρτάται όμως η εγκατάστασή τους από γεωγραφικά χαρακτηριστικά. Υπάρχουν αρκετά είδη μπαταριών διαθέσιμα για εμπορικές εφαρμογές και έχουν δοκιμαστεί τόσο σε 97

98 διανεμημένα όσο και κεντρικά συστήματα διαφόρων μεγεθών. Για τη περαιτέρω εφαρμογή τους πρέπει να ξεπεραστούν προκλήσεις όσον αφορά την ενεργειακή πυκνότητα, τους κύκλους ζωής, την ασφάλεια και το κόστος.[47] Μπαταρίες μολύβδου οξέος (lead acid): Οι μπαταρίες μολύβδου οξέος είναι ώριμη τεχνολογία, σχετικά φθηνή και κατάλληλη για παροχή υπηρεσιών στο Δίκτυο όλων των ειδών. Χρησιμοποιείται κυρίως για ρύθμιση συχνότητας, ωστόσο η χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα και οι σύντομοι κύκλοι εμποδίζουν τις εφαρμογές μεγάλης κλίμακας.[47] Πάνω από 100 χρόνια χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία και πιο πρόσφατα σε εφαρμογές καταναλωτών. Επί του παρόντος, περίπου 80% των βιομηχανικών εφαρμογών για στατικές και κινητές εφαρμογές βασίζονται σε αυτή τη τεχνολογία.[50] Πρέπει να διευκρινίσουμε ότι για εφαρμογές Δικτύου χρειαζόμαστε μπαταρίες με δυνατότητα βαθιάς εκφόρτισης, κάτι που αποτελεί πρόκληση προς το παρών διότι δεν επιτρέπεται να ξεπεράσουν το 80% σε βάθος εκφόρτισης και το 50% υπό κανονικές συνθήκες.[48] Τα κελιά τους είναι ανθεκτικά και μπορούν να δημιουργήσουν μεγάλους σχηματισμούς χωρίς πολύπλοκο σύστημα διαχείρισης. [50] Πίνακας 7.4 Χαρακτηριστικά των μπαταριών μολύβδου οξέος [48] Μπαταρίες ιόντων λιθίου (Lithium-ion): Η συγκεκριμένη τεχνολογία βελτιώνεται συνεχώς τη τελευταία δεκαετία. Για κινητές εφαρμογές θεωρείται ώριμη καθώς κυριάρχησε στην αγορά laptops και τηλεφώνων όμως σε εφαρμογές Δικτύου ακόμη εξελίσσεται. Πλεονεκτεί σε εφαρμογές συγκεκριμένων προδιαγραφών καθώς έχει πολύ καλή αναλογία ενέργειας και ισχύος σε σχέση με το βάρος της και πολύ μικρή αποφόρτιση όταν δεν χρησιμοποιείται. Συγκριτικά με τις μολύβδου οξέος έχουν υψηλότερο κόστος, καλύτερα χαρακτηριστικά φόρτισης και αποφόρτισης και οι βαθιές εκφορτίσεις έχουν μικρότερη επίδραση στη διάρκεια ζωής τους. Παρουσιάζουν όμως αυξημένη ευαισθησία στη περιβάλλουσα θερμοκρασία και χρησιμοποιούν πιο σύνθετο κύκλωμα ελέγχου για λόγους ασφάλειας το οποίο όμως ταυτόχρονα επιτρέπει και καλύτερη διαχείριση που είναι σημαντικό σε έξυπνες εφαρμογές.[48] Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου προτείνονται για σχετικά μικρή διάρκεια, κάτω από 2 ώρες. Είναι κατάλληλες για όλες τις εφαρμογές του Δικτύου αλλά περιορίζονται από το κόστος και τη διαθέσιμη ποσότητα ενέργειας και για αυτό προς το παρών προτείνονται για ρύθμιση συχνότητας ή για αδιάλειπτη παροχή ενέργειας.[47] 98

99 Πίνακας 7.5 Χαρακτηριστικά των μπαταριών ιόντων λιθίου [48] Μπαταρίες θειικού νατρίου (Sodium Sulfur): Οι μπαταρίες θειικού νατρίου πλεονεκτούν στη διάρκεια αποφόρτισης (4-8 ώρες), έχουν γρήγορη απόκριση, υψηλό ενεργειακό περιεχόμενο και διάρκεια ζωής.[47] Απαιτούν πολύ υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας, περίπου 300 ο C, τα χημικά τους είναι διαβρωτικά και για αυτό είναι κατάλληλες μόνο για μεγάλες εφαρμογές Δικτύου.[48] Ενώ μπορούν να παρέχουν όλων των ειδών τις υπηρεσίες, είναι καταλληλότερες για ρύθμιση τάσης και συχνότητας, για ενσωμάτωση διακοπτόμενων ΑΠΕ και ενέργειες αρμπιτράζ.[47] Πίνακας 7.6 Χαρακτηριστικά μπαταριών θειικού νατρίου [48] 99

100 Τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας σε πρώιμο και ερευνητικό στάδιο Μπαταρίες ροής (Flow Batteries): Το ενδιαφέρον για τις μπαταρίες ροής προέρχεται από αρκετά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις παραδοσιακές μπαταρίες λόγω κυρίως του διαχωρισμού των χημικών συστατικών που επιτρέπει την πλήρη αξιοποίηση της αποθηκευμένης ενέργειας χωρίς να προκληθεί ζημιά στον εξοπλισμό, την ανεξάρτητη διαστασιολόγηση ισχύος και ενέργειας και τον μεγάλο αριθμό αποφορτίσεων. Σημαντικά μειονεκτήματα είναι το χαμηλό ενεργειακό περιεχόμενο και οι αυξημένες απαιτήσεις σχεδίασης. Συγκριτικά με τις άλλες τεχνολογίες έχουν υψηλό κόστος επένδυσης αλλά παραμένουν ανταγωνιστικές εξαιτίας του χαμηλού κόστους συντήρησης και της πολύ μεγάλης διάρκειας ζωής. Αναμένεται να αξιοποιηθούν για ρύθμιση συχνότητας, βελτίωση της ποιότητας της παρεχόμενης ισχύος και μείωση αιχμών.[47-48] Πίνακας 7.7 Χαρακτηριστικά μπαταριών ροής [48] Αποθήκευση ενέργειας σε υπεραγώγιμα πηνία (Suprconducting Magnetic Energy Storage - SMES): Μια ακόμη τεχνολογία σε προχωρημένο ερευνητικό στάδιο είναι η αποθήκευση ενέργειας σε υπεραγώγιμα πηνία. Κάθε μονάδα αποτελείται από μία υπεραγώγιμη σπείρα, ένα σύστημα διαχείρισης ισχύος και ένα σύστημα ψύξης. Η σπείρα ψύχεται κάτω από τη θερμοκρασία μετάπτωσης έτσι ώστε το ρεύμα να ρέει χωρίς αντίσταση ή απώλειες. Η ενέργεια αποθηκεύεται επαγωγικά στο DC πεδίο του σωληνοειδούς εφόσον η θερμοκρασία παραμένει αρκούντως χαμηλή. Οι περισσότερες τεχνολογίες υπεραγώγιμων πηνίων έχουν μεγάλο κύκλο ζωής και ισχύ όμως τα χαμηλά ποσά ενέργειας που αποθηκεύουν και το υψηλό κόστος τα περιoρίζουν σε μικρές ενέσεις ρεύματος στο Δίκτυο. Μέχρι τώρα έχουν την μεγαλύτερη αποδοτικότητα απ ολα τα συστήματα αποθήκευσης αλλά έχουν περιοριστεί σε μικρά συστήματα επίδειξης λόγω του μεγάλου κόστους κατασκευής και συντήρησης.[47] Ηλεκτροχημικοί πυκνωτές ή υπερπυκνωτές (Electrochemical capacitors - ECs or super/ultracapacitors): Οι ηλεκτροχημικοί πυκνωτές αποθηκεύουν απευθείας ηλεκτρικό φορτίο στο υλικό, χωρίς τη μετατροπή του σε άλλη μορφή όπως γίνεται με τη χημική ενέργεια στις μπαταρίες ή την ενέργεια μαγνητικού πεδίου στα υπεραγώγιμα πηνία. Αυτό κάνει τη διαδικασία αποθήκευσης αντιστρεπτή, αποδοτική και γρήγορη. Έχουν πολύ μεγάλη 100

101 διάρκεια ζωής, αρκετά μεγάλη ισχύ αλλά περιορισμένη ενέργεια. Για αυτό το λόγο προτείνονται για ενσωμάτωση της αιολικής ενέργειας, για ρύθμιση συχνότητας και στήριξη της τάσης. Εντούτοις, το κόστος τους παραμένει απαγορευτικό.[47-48] Θερμοχημική αποθήκευση ενέργειας: Είναι άλλη μία αναδυόμενη τεχνολογία που χρησιμοποιεί αντιστρεπτές χημικές αντιδράσεις για να αποθηκεύσει θερμική ή ψυκτική ισχύ σε χημικές ενώσεις. Η συγκεκριμένη τεχνολογία υπόσχεται τρομερές ενεργειακές πυκνότητες που κυμαίνονται από 5 μέχρι και 20 φορές μεγαλύτερες από τη συμβατική αποθήκευση. Για αυτό το λόγο επικεντρώνεται σημαντική ερευνητική προσπάθεια στη θερμοχημική αποθήκευση.[47] Αποθήκευση ενέργειας με υδρογόνο: Τα συστήματα υδρογόνου, όπως και οι άλλες τεχνολογίες αποθήκευσης, απαιτούν προσεκτική ανάλυση για να καταστούν αποδοτικές. Πρόκειται για σύνθετη τεχνολογία που περιλαμβάνει συσκευή ηλεκτρόλυσης για να διαχωρίσει το υδρογόνο από το νερό, σύστημα αποθήκευσης είτε υπόγειο σε γεωλογικούς σχηματισμούς είτε υπέργειο σε δεξαμενές υδρογόνου και κυψέλες καυσίμου ή γεννήτριες που χρησιμοποιούν το υδρογόνο για τη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η ενεργειακή αποδοτικότητα είναι αρκετά χαμηλή, στο επίπεδο του 20-40% και αυτό αποτελεί αξεπέραστο εμπόδιο σύμφωνα με ορισμένες εκτιμήσεις, πάραυτα ερευνητές επιμένουν διότι το αποθηκευμένο δυναμικό μπορεί να διαρκέσει μέρες, εβδομάδες ή και περισσότερο.[47-48] Βελτιωμένα αδιαβατικά συστήματα αποθήκευσης πεπιεσμένου αέρα (Adiabatic CAES): Στόχος είναι να αποθηκεύεται η θερμότητα κατά τη συμπίεση του αέρα ώστε να τον θερμαίνει κατά τη διαστολή του, κάτι που μπορεί να αυξήσει την αποδοτικότητα της διαδικασίας στο 70%.[48] Σφόνδυλοι υψηλής διάρκειας (Long duration Flywheels): Στόχος είναι η μεγαλύτερη αποθήκευση ενέργειας και η πιο αργή εκφόρτιση για να διευρυνθούν οι εφαρμογές του σε σχέση με τους σφόνδυλους υψηλής ισχύος που βρίσκονται σε αρκετά πιο προχωρημένο στάδιο.[48] Συγκριτική παρουσίαση των μεθόδων αποθήκευσης για εξαγωγή συμπερασμάτων Στη προηγούμενη ενότητα περιγράψαμε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της κάθε τεχνολογίας, συνοδευόμενα από στοιχεία για τη καταλληλότητά τους ανάλογα με το μέγεθος του ηλεκτρικού Δικτύου, τη δυνατότητα αποθήκευσης ενέργειας, την ισχύ φόρτισης και αποφόρτισης, την αποδοτικότητά τους, τη διάρκεια ζωής σε χρόνια, κύκλους και ενέργεια καθώς και τα κόστη αρχικής επένδυσης και συντήρησης. Στη συνέχεια θα παρουσιάσουμε συγκριτικούς πίνακες και σχήματα για τη πιο εύκολη εξαγωγή συμπερασμάτων. Στα σχήμα 7, γίνεται σύγκριση των διαφόρων τεχνολογιών αποθήκευσης ως προς την ισχύ και τη διάρκεια αποφόρτισης που καταδεικνύει τη καταλληλότητά τους για τρεις σημαντικές υπηρεσίες. Στο σχήμα 8, γίνεται σύγκριση ως προς τη διάρκεια ζωής και την αποδοτικότητα καθότι πρόκειται για δύο παραμέτρους που επιδρούν στο συνολικό κόστος. Στο σχήμα 9, γίνεται σύγκριση ως προς το κόστος επένδυσης ανά μονάδα ισχύος ή ενέργειας κάτι που θα επηρεάσει καθοριστικά την επενδυτική απόφαση. Στο σχήμα 10, βλέπουμε το κόστος επένδυσης ανά κύκλο, που αποτελεί σημαντικό χαρακτηριστικό για εφαρμογές που απαιτούν πολλούς κύκλους λειτουργίας. Εδώ παίρνεται υπόψη η διάρκεια ζωής και η αποδοτικότητα. Τέλος, στο σχήμα 11 βλέπουμε τη πυκνότητα ενέργειας σε σχέση με το βάρος ή τον όγκο των διαφόρων τεχνολογιών που αποτελεί προτεραιότητα σε κινητές ή απομακρυσμένες εφαρμογές.[51] 101

102 Σχήμα 7.7 Ισχύς και χρόνος αποφόρτισης [51] Σχήμα 7.8 Διάρκεια ζωής και αποδοτικότητα [51] Σχήμα 7.9 Κόστος επένδυσης ανά μονάδα ισχύος και ενέργειας [51] 102

103 Σχήμα 7.10 Κόστος επένδυσης ανά κύκλο λειτουργίας [51] Σχήμα 7.11 Πυκνότητα ενέργειας [51] Κλείνοντας την ενότητα, σ' ένα συγκεντρωτικό πίνακα παρουσιάζεται η καταλληλότητα των τεχνολογιών αποθήκευσης για παροχή υπηρεσιών όπως παρουσιάστηκαν στο δεύτερο μέρος του παρόντος κεφαλαίου. Όπως φαίνεται και στο πίνακα, οι μπαταρίες διαφόρων τεχνολογιών είναι κατάλληλες σχεδόν για όλες τις υπηρεσίες και για διαφορετικά μεγέθη ηλεκτρικού Δικτύου σύμφωνα με τους πίνακες της προηγούμενης υποενότητας. Δεδομένου ότι αποτελούν αρθρωτή τεχνολογία, δε περιορίζονται από γεωγραφικά χαρακτηριστικά και συνεχώς εξελίσσονται μειώνοντας ταυτόχρονα το κόστος τους, αναμένεται να παίξουν πολύ σημαντικό ρόλο στη περαιτέρω ενσωμάτωση των ΑΠΕ, στη βελτίωση της ποιότητας της παρεχόμενης ισχύος και στην αξιοπιστία ενός αυτόνομου νησιωτικού Δικτύου με τη παροχή των απαραίτητων Επικουρικών Υπηρεσιών. 103

104 Πίνακας 7.8 Καταλληλότητα των διαφόρων τεχνολογιών αποθήκευσης για παροχή υπηρεσιών [47] 7.3 ΠΡΟΣΦΑΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΕΣ ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΕΣ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Οι καινοτόμες μπαταρίες από την Aquion Energy, φιλοδοξούν να αντικαταστήσουν τις αντίστοιχες μολύβδου οξέος σε πολλές εφαρμογές και κυρίως να προσφέρουν φτηνή ενέργεια σε σπίτια εκτός Δικτύου και αγροτικές περιοχές. Θα αποθηκεύουν ενέργεια από φωτοβολταϊκά και άλλες ΑΠΕ προσφέροντας μια ικανοποιητική λύση σε σχέση με τις γεννήτριες diezel. Η τεχνολογία τους βασίζεται σε ιόντα νατρίου από θαλασσινό νερό για ηλεκτρολύτη, ενώ τα θετικά ηλεκτρόδια σε οξείδια του μαγγανίου και τα αρνητικά σε άνθρακα. Προσφέρεται για αργή και σταθερή λειτουργία, με περιορισμένη ισχύ φόρτισης και εκφόρτισης. Αναμένεται να έχουν το ίδιο κόστος κατασκευής με τις μολύβδου οξέος που έχουν το μεγαλύτερο μερίδιο εφαρμογών, αλλά με διπλάσια διάρκεια ζωής, χωρίς απαιτήσεις κλιματισμού σε δύσκολες συνθήκες και χωρίς τη χρήση τοξικών υλικών που ανεβάζουν το συνολικό κόστος.[52] Ένα νέο υβριδικό σύστημα αποθήκευσης που αποτελείται από τις προαναφερθείσες μπαταρίες σε συνδυασμό με υπερπυκνωτές αναμένεται να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στη διαχείριση ενέργειας σε χρονικές περιόδους που κυμαίνονται από δευτερόλεπτα μέχρι και μερικές ώρες. Θα συμβάλλει αποτελεσματικά στη διείσδυση των ΑΠΕ και θα βοηθήσει το 104

105 Δίκτυο να χειριστεί τις αιχμές του φορτίου, αίροντας την ανάγκη για υπερδιαστασιολόγηση του συστήματος μεταφοράς και διανομής. Οι δύο τεχνολογίες του υβριδικού συστήματος είναι συμπληρωματικές. Οι μπαταρίες της Aquion Energy προσφέρουν φθηνή αποθήκευση ενέργειας για όταν αυξάνονται οι απαιτήσεις φορτίου ή μειώνεται η φωτοβολταϊκή παραγωγή καθώς δύει ο ήλιος ενώ οι υπερπυκνωτές προσφέρουν άμεσα αποτελεσματικές ενέσεις ισχύος για να αντισταθμίσουν τη παροδική νεφοκάλυψη όταν η φωτοβολταϊκή παραγωγή είναι αυξημένη. Η συγκεκριμένη υβριδική τεχνολογία είναι πιο οικονομική απ' ότι η κάθε μία χωριστά, προσφέροντας αποτελεσματική διαχείριση ενέργειας σε διαφορετικές χρονικές περιόδους.[53] Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου της Tesla Energy καταγράφουν αξιοσημείωτη πρόοδο στο συγκεκριμένο τομέα. Μπορούμε να πούμε ότι σημειώθηκε κατά κάποιο τρόπο ένα τεχνολογικό άλμα καθότι το μοντέλο Powerwall έριξε σημαντικά το κόστος ενέργειας και δημιουργήθηκε μία πλήρως αρθρωτή μπαταρία. Διατίθεται σε δύο μεγέθη, ένα με αποθηκευτική ικανότητα 7 kwh που προτείνεται για εφαρμογές καθημερινού κύκλου και ένα με 10 kwh για εφεδρική παροχή σε περιπτώσεις διακοπών. Το κόστος είναι 3000$ και 3500$ αντίστοιχα που σημαίνει $ / kwh. Επιπλέον, αυξήθηκε σημαντικά η πυκνότητα ενέργειας και η διάρκεια ζωής της μπαταρίας που επιτρέπει πλήρη αποφόρτιση εάν χρειαστεί. Για εφαρμογές έξυπνων κτιρίων, προτείνεται το Powerpack των 100 kwh που εκμεταλλεύεται τη παράλληλη λειτουργία δέκα τέτοιων μονάδων. Σύμφωνα με τον CEO της εταιρείας Elon Musk, τόσο η τεχνολογία ιόντων λιθίου όσο και οι καινοτομίες της συγκεκριμένης μπαταρίας επιτρέπουν την αξιόπιστη λειτουργία τεράστιων αποθηκευτικών συστημάτων για τα δεδομένα των μπαταριών, της τάξης των εκατοντάδων MWh.[54] 7.4 ΧΡΗΣΙΜΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΑΠΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΝΗΣΙΩΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ Στα παρακάτω νησιά, χρησιμοποιούνται συστήματα αποθήκευσης ενέργειας σε συνεργασία με ΑΠΕ και συμβατική παραγωγή. Εμπόδια στην συνεχή τροφοδοσία των νησιών αυτών, είτε λόγω προβλημάτων στη μοναδική μονάδα παραγωγής είτε με τη τροφοδοσία καυσίμων και το κόστος παραγωγής ενέργειας, τα οδήγησαν στο να εξετάσουν καινοτόμες λύσεις συνδυάζοντας αποθήκευση ενέργειας διαφορετικών τεχνολογιών και ανανεώσιμες πηγές. 105

106 1)Νήσος Apolima: Είναι ένα από τα 4 νησάκια της χώρας Σαμόα. Οι 100 του κάτοικοι εξυπηρετούνται με φωτοβολταϊκά ισχύος 13.5 kw σε συνδυασμό με αποθηκευτικό σύστημα μπαταριών μολύβδου οξέος. 2)Νήσος Bella Coola: Βρίσκεται στο Καναδά και το ηλεκτρικό Δίκτυο των 8 MW εξυπηρετεί κατοίκους. Βασίζεται στην υδροηλεκτρική ενέργεια και τη συμβατική παραγωγή με diezel για όταν δεν καλύπτεται το φορτίο. Διαθέτει αποθηκευτικό σύστημα 125 kw με μπαταρίες ροής και κυψέλες καυσίμου 100 kw που χρησιμοποιούν αποθηκευμένο υδρογόνο. 3)Νήσος Bonaire: Βρίσκεται κοντά στις ακτές της Βενεζουέλας, εξυπηρετεί κατοίκους και το ηλεκτρικό Δίκτυο τροφοδοτείται από έναν υβριδικό σταθμό που συνδυάζει 14 MW παραγωγή από diezel, 11 MW αιολική παραγωγή και 3 MW αποθηκευτικό σύστημα μπαταριών νικελίου καδμίου. Σύντομα, η παραγωγή ενέργειας θα προέρχεται από 100% ΑΠΕ καθώς προβλέπεται το diezel να αντικατασταθεί με βιοκαύσιμο από φύκη. 4)Νήσος Metlakatla: Ανήκει στην Αλάσκα, το ηλεκτρικό Δίκτυο φτάνει τα 8.2 MW και εξυπηρετεί κατοίκους συνδυάζοντας υδροηλεκτρική παραγωγή, συμβατική με diezel καθώς και αποθηκευτικό σύστημα μπαταριών μολύβδου οξέος του 1 MW. 5)Νήσος Ramea: Συνδυάζει παραγωγή ενέργειας από diezel, ανεμογεννήτριες και γεννήτρια υδρογόνου που καταναλώνει το αποθηκευμένο καύσιμο έπειτα από ηλεκτρόλυση. Το ηλεκτρικό Δίκτυο είναι του 1.1 MW και εξυπηρετεί 631 κατοίκους. 6)Νήσος San Juanico: Βρίσκεται στο Μεξικό και το μικρό ηλεκτρικό Δίκτυο των 167 kw εξυπηρετεί περίπου 400 κατοίκους παράγοντας ενέργεια με diezel, ανεμογεννήτριες και φωτοβολταϊκά έχοντας και τη βοήθεια ενός αποθηκευτικού συστήματος μπαταριών μολύβδου οξέος.[48] Από πρακτική εμπειρία και τις παραπάνω εφαρμογές μπορούμε να αντλήσουμε τα εξής χρήσιμα συμπεράσματα: Με την αμφίδρομη ροή ισχύος στα Δίκτυα Διανομής, η αποκεντρωμένη αποθήκευση ενέργειας θα γίνει αναπόσπαστος μηχανισμός ευελιξίας για να διασφαλίσει τη σταθερότητα της ηλεκτρικής παροχής. Η συμμετοχή των τελικών καταναλωτών είναι επιβεβλημένη.[50] Η πολυπλοκότητα και η δυσκολία ενσωμάτωσης ενός υβριδικού συστήματος αυξάνει με τον αριθμό των επιμέρους συστημάτων. Χρειάζεται προσοχή στο σχεδιασμό και ειδικά στη σωστή διαστασιολόγηση των επιμέρους τμημάτων και της μεταξύ τους ομαλής συνεργασίας.[48] Στα νησιωτικά Δίκτυα, ο συνδυασμός συμβατικής παραγωγής, ΑΠΕ και αποθήκευσης είναι βάση εμπειρίας ο πιο αποδοτικός και περιορίζει το κόστος παραγωγής ενέργειας. Χωρίς αποθηκευτικό σύστημα, οι ΑΠΕ συχνά μειώνουν το βαθμό απόδοσης της συμβατικής παραγωγής εξανεμίζοντας ουσιαστικά το όφελος από την ανανεώσιμη ενέργεια.[48] Τα συστήματα αποθήκευσης, ακόμη και χωρίς τη παρουσία ΑΠΕ, βελτιώνουν τη λειτουργία των γεννητριών diezel είτε επιτρέποντάς τες να λειτουργούν με καλύτερη απόδοση είτε να σταματούν τελείως όταν το φορτίο είναι πολύ χαμηλό. Το κόστος επένδυσης του αποθηκευτικού συστήματος αποσβένεται σχετικά γρήγορα από την εξοικονόμηση καυσίμων και το Δίκτυο προετοιμάζεται για την αποτελεσματική ενσωμάτωση των ΑΠΕ. Σε κάθε περίπτωση η υπερδιαστασιολόγηση των γεννητριών diezel για λόγους επάρκειας, οδηγεί σε 106

107 πολύ μεγάλη κατανάλωση καυσίμου.[48] Η επιλογή για το κατάλληλο αποθηκευτικό σύστημα θα γίνει σύμφωνα με τις ανάγκες και τις απαιτήσεις του εκάστοτε Δικτύου. Συνήθως, για μικρά νησιά συστήνονται οι μπαταρίες μολύβδου οξέος ως ο καλύτερος συμβιβασμός απόδοσης και κόστους ενώ για τα μεγαλύτερα οι μπαταρίες ροής. Όταν αποτελεί προτεραιότητα η ποιότητα ισχύος, τότε προτιμώνται σφόνδυλοι και υπερπυκνωτές.[52] Συνήθως, οι πιλοτικές εφαρμογές δεν είναι οικονομικά βιώσιμες και για αυτό οι τεχνικές καινοτομίες πρέπει να εισάγονται μία κάθε φορά. Είναι καθοριστικής σημασίας η δημιουργία ενός συστήματος οικονομικά βιώσιμου. Ακόμα και αν οι κρατικές επιδοτήσεις καλύψουν το κόστος επένδυσης, τα λειτουργικά κόστη του Δικτύου συμπεριλαμβανομένης και της αντικατάστασης των μπαταριών πρέπει να καλύπτονται από τις πωλήσεις ενέργειας.[48] Η παρακολούθηση και ο έλεγχος των επιμέρους συστημάτων αυξάνουν την αξιοπιστία ενώ η παρακολούθηση και σωστή συντήρηση των μπαταριών μολύβδου οξέος τη διάρκεια ζωής τους.[48] Δεν πρέπει να υποτιμάμε το μεταφορικό κόστος, τη πολυπλοκότητα και τις χρονικές απαιτήσεις που σχετίζονται με την απόκτηση εξοπλισμού και τεχνογνωσίας σε αγροτικές ή απομονωμένες περιοχές.[48] Προτείνεται η χρήση πακέτων μοντελοποίησης όπως το HOMER, για την ενεργειακή και οικονομική αξιολόγηση διαφόρων τεχνολογιών αποθήκευσης στο συγκεκριμένο ηλεκτρικό Δίκτυο. Υπάρχει επίσης η δυνατότητα για αναλύσεις ευαισθησίας και εξέταση διαφόρων σεναρίων που έχουν σχέση με τη μεταβλητότητα των τιμών των καυσίμων ή τη μελλοντική αύξηση του φορτίου.[48] 107

108 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8: ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ ΜΕ ΣΥΝΔΕΣΗ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ (VEHICLE TO GRID-V2G) Στη συγκεκριμένη ενότητα θα ασχοληθούμε με τα ηλεκτρικά οχήματα (Electric Vehicles- EV s) που συνδέονται στο Δίκτυο (V2G). Αν και η σχετική τεχνολογία δεν είναι διαθέσιμη στο ευρύ κοινό προς το παρών, είναι πολλά τα πλεονεκτήματα που έχει να προσφέρει στο ηλεκτρικό σύστημα, στους καταναλωτές και στο περιβάλλον. Οι τεχνολογίες Έξυπνου Δικτύου έχουν ήδη αρχίσει να αναπτύσσονται με στόχο τη καλύτερη διαχείριση του εμπορικού και οικιακού φορτίου, τη μείωση εκπομπών αερίων και τη μείωση του φορτίου αιχμής χρησιμοποιώντας έξυπνα μετρητικά και επικοινωνιακά συστήματα. Η περαιτέρω εξάπλωσή τους, δίνει τη δυνατότητα στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα να φορτίζουν με τέτοιο τρόπο ώστε αντί να επιβαρύνουν το Δίκτυο τις ώρες αιχμής, να μπορούν μέσω των μπαταριών τους να προσφέρουν σε αυτό. Υπό το συγκεκριμένο πρίσμα, τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα και τα Έξυπνα Δίκτυα μπορούν να είναι αμοιβαία επωφελή. Τα πρώτα αξιοποιούν το δεύτερο και ταυτόχρονα βοηθούν στην εξάπλωσή του. 8.1 ΟΡΙΣΜΟΣ, ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ Η τεχνολογία (Vehicle-to-Grid V2G) ορίζεται ως ένα σύστημα που έχει τη δυνατότητα για ελεγχόμενη και αμφίδρομη ροή ισχύος μεταξύ του Δικτύου και ενός ηλεκτρικού οχήματος. Η ενέργεια κατευθύνεται προς το αυτοκίνητο για να φορτίσει τη μπαταρία και στην αντίθετη κατεύθυνση όταν το Δίκτυο χρειάζεται ισχύ για να καλύψει αιχμές ή για στρεφόμενη εφεδρεία. Σύμφωνα με μελέτες, τα οχήματα χρησιμοποιούνται για μετακινήσεις μόνο το 5% του χρόνου, οπότε το σκεπτικό είναι να αξιοποιούνται οι μπαταρίες τους για παροχή υπηρεσιών τον υπόλοιπο χρόνο, χωρίς να υποθάλπεται η βασική τους λειτουργία που είναι οι μετακινήσεις.[56] Τα ηλεκτρικα οχη ματα αναμε νεται να βοηθη σουν πολυ στην ενσωμα τωση της αιολικη ς και ηλιακη ς ενε ργειας φορτι ζοντας ο ταν υπα ρχει περι σσεια και επιστρε φοντα ς τη στο Δι κτυο ο ταν τη χρεια ζεται. Συ μφωνα με τη μελε τη των Willett Kempton και Jasna Tomic, αν στο ηλεκτρικο Δι κτυο των Η.Π.Α. το 20% της ισχυός καλυ πτονταν από φωτοβολται κα και το 50% της συνολικη ς ενε ργειας από αιολικα πα ρκα (συνολικα 900 GW περι που), το τε θα απαιτου νταν 50 και 80 GW για ρυθμιστικε ς υπηρεσιές και στρεφο μενη εφεδρειά αντι στοιχα. Αν ολο κληρος ο στο λος αυτοκινη των η ταν ηλεκτρικο ς, το τε με διαθεσιμο τητα 50% θα χρεια ζονταν μο νο το 3.2% του στο λου για ρυ θμιση και 38% για στρεφο μενη εφεδρειά. Βε βαια, αυτα τα ποσοστα μεταφρα ζονται σε πολλά εκατομμυ ρια οχη ματα και προς το παρών απέχουμε πολύ από αυτό το σενάριο. Αν υποθε σουμε όμως ε να ρυθμο ανανεώσης του στο λου περι τα χρο νια και τα κατα λληλα οικονομικα κι νητρα, συ ντομα μπορει να δου με τα ηλεκτρικα αυτοκι νητα να διεκδικούν σημαντικό μερίδιο από τα συμβατικά και τότε οι προοπτικές εκμετάλλευσής τους από το Δίκτυο θα ήταν ανυπολόγιστες.[55] Η πιο αποδοτική τεχνολογία για τη μπαταρία ενός ηλεκτρικού οχήματος αποδεικνύεται η ιόντων λιθίου. Έχει μεγάλη πυκνότητα ενέργειας και ισχύος, χαμηλό συντελεστή αυτοεκφόρτισης και λιγότερα προβλήματα αξιοπιστίας σε σχέση με τις μολύβδου οξέος και τις μπαταρίες που βασίζονται στο νικέλιο.[56] Το τελευταίο καιρό, πληθαίνουν οι αναφορές για υιοθέτηση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων πολύ γρηγορότερα απ' ότι αναμένονταν. Το κόστος των μπαταριών ιόντων λιθίου έχει πέσει πλέον στα 350$ / kwh με μείωση της τάξης του 65% από το 2010, κάτι που δεν προβλέπονταν ούτε από τις πιο αισιόδοξες μελέτες. Δε 108

109 μπορούμε συνεπώς να προβλέψουμε επαρκώς ούτε το συγκεκριμένο ρυθμό εξέλιξης, ούτε τη μεταβλητότητα στις τιμές του πετρελαίου. Δεδομένου όμως ότι αυτή η τάση θα συνεχιστεί, όταν η τιμή φτάσει στα 150$ / kwh τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα θα ανταγωνίζονται ευθέως τα εσωτερικής καύσης και χωρίς τη παροχή οικονομικών κινήτρων για την αγορά τους. Εφόσον, δε μπορούμε να προσδιορίσουμε το πότε, οι υποδομές των ηλεκτρικών Δικτύων και τα απαραίτητα πλαίσια λειτουργίας για τη τεχνολογία V2G πρέπει να είναι έτοιμα και να ενθαρρύνουν την αγορά ηλεκτρικών οχημάτων, παρά να τρέχουν εν τέλει πίσω από τις εξελίξεις.[57] 8.2 ΚΙΝΗΤΡΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΙΟΘΕΤΗΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ Ενεργή συμμετοχή στην αποτελεσματική ενσωμάτωση των μη κατανεμόμενων ΑΠΕ Τα ηλεκτρικά οχήματα που συνδέονται στο Δίκτυο θα μπορούσαν να συμβάλλουν καθοριστικά στην ενσωμάτωση των μη κατανεμόμενων ΑΠΕ, αξιοποιώντας τη μπαταρία τους ως ευέλικτη μορφή αποθήκευσης. Ένας επαρκής αριθμός συνδεδεμένων οχημάτων μπορεί να κάνει τη διαφορά αφού θα φορτίζουν τις μπαταρίες τους όταν υπάρχει περίσσεια ενέργειας ή τις ώρες χαμηλού φορτίου, ενώ θα αποφορτίζουν όταν το Δίκτυο θα χρειάζεται τη συνδρομή τους για μείωσης της ισχύος αιχμής ή για ρύθμιση συχνότητας. Λόγω της φύσης της οδήγησης που απαιτεί απότομες επιταχύνσεις, οι συγκεκριμένες μπαταρίες μπορούν να απελευθερώσουν μεγάλη ισχύ και να προσαρμοστούν εύκολα στη μεταβλητότητα των ΑΠΕ και κυρίως της αιολικής ενέργειας. Μειώνεται συνεπώς η ανάγκη για ευέλικτες μονάδες αιχμής και ομαλοποιείται κατά το δυνατόν η καμπύλη φορτίου.[3,56] Υποστήριξη Δικτύου, αναβολή επενδύσεων και παροχή Επικουρικών Υπηρεσιών Η πρώτη βασική υπηρεσία που μπορούν να προσφέρουν τα συνδεόμενα οχήματα στο Δίκτυο είναι η μείωση της ισχύος αιχμής που αποτελεί και μία από τις ακριβές υποχρεώσεις του Διαχειριστή. Η ευέλικτη φόρτισή τους το βράδυ και η επιλεκτική αποφόρτιση κατά την εμφάνιση αιχμών του φορτίου εξοικονομεί σημαντικά κόστη λειτουργίας και συντήρησης, ενώ μακροπρόθεσμα μπορεί να οδηγήσει και στην αναβολή εγκατάστασης ενός νέου συμβατικού σταθμού για τη κάλυψη της ίδιας ανάγκης. Εφόσον, οι μεγάλες αιχμές είναι σπάνιες και υπάρχει η δυνατότητα για μερική πρόβλεψή τους όπως κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού λόγω των φορτίων κλιματισμού, οι μπαταρίες των ηλεκτρικών οχημάτων σε συνδυασμό με την Απόκριση Ζήτησης είναι σε θέση να τις καλύψουν, εξοικονομώντας πολύ σημαντικούς οικονομικούς πόρους για το Δίκτυο που θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν σε άλλες επενδύσεις. Η δεύτερη βασική υπηρεσία είναι η στρεφόμενη εφεδρεία για τις περιπτώσεις απότομης μείωσης της παραγωγής ή άλλων διαταραχών στη παροχή ηλεκτρικής ενέργειας. Η γρήγορη αντίδραση και η μεγάλη ισχύς για μικρό χρονικό διάστημα είναι τα χαρακτηριστικά που απαιτούνται για τη συγκεκριμένη υπηρεσία και η αποθήκευση ενέργειας στις μπαταρίες των ηλεκτρικών οχημάτων ανταποκρίνεται πλήρως σε αυτές τις απαιτήσεις καλύπτοντας το χρονικό διάστημα μέχρι να ξεκινήσει εφεδρική παραγωγή ενέργειας. Επιπλέον, οι μπαταρίες των οχημάτων είναι κατάλληλες για υποστήριξη τάσης και απόκριση ρύθμισης εφόσον αυτές οι υπηρεσίες προϋποθέτουν αντίδραση εντός δευτερολέπτων που 109

110 μέχρι τώρα καλύπτονται από τον αυτόματο έλεγχο των συνδεδεμένων γεννητριών. Συνολικά, οι υπηρεσίες που μπορούν να καλυφθούν από τη συγκεκριμένη μορφή αποθήκευσης ενέργειας περιλαμβάνουν τη χρονική μετατόπιση φορτίου, τη παρακολούθηση φορτίου, τη στρεφόμενη εφεδρεία, την υποστήριξη τάσης, τη ρύθμιση συχνότητας, την απόκριση συχνότητας, την αποσυμφόρηση γραμμών μεταφοράς, την αναβολή επέκτασης ή αναβάθμισης των Δικτύων Μεταφοράς και Διανομής, τη διαχείριση κόστους ενέργειας, τη βελτίωση της ποιότητας και αξιοπιστίας παροχής ηλεκτρικής ενέργειας και την ενσωμάτωση των ΑΠΕ και κυρίως της αιολικής ενέργειας. Εν τέλει, πρόκειται για ένα δυναμικό και κινητό αποθηκευτικό σύστημα μπαταριών που μπορεί να προσφέρει αποδεδειγμένα όλες τις υπηρεσίες που αναλύθηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο αρκεί να συγκεντρωθεί ένας επαρκής αριθμός οχημάτων για κατάλληλη διαχείριση και προγραμματισμό λειτουργίας της μπαταρίας τους.[56] Κίνητρα για τον ιδιοκτήτη ηλεκτρικού οχήματος Η εφεδρική παροχή ισχύος και η μείωση του λογαριασμού χρέωσης αποτελούν σημαντικά κίνητρα για ένα καταναλωτή ώστε να προχωρήσει στην αντικατάσταση του παλιού του οχήματος με ένα ηλεκτρικό. Θα έχει ενεργειακή αυτονομία σε περιπτώσεις διακοπών ενώ μπορεί να αποθηκεύει φτηνή ηλεκτρική ενέργεια το βράδυ ώστε να τη χρησιμοποιεί όταν οι τιμές του ηλεκτρικού ρεύματος είναι αυξημένες. Σε αυτή τη περίπτωση δεν έχουμε άμεση εμπλοκή του Δικτύου αλλά παρατηρείται και πάλι όφελος από την επιλεκτική λειτουργία της μπαταρίας που οδηγεί στην εξομάλυνση της καμπύλης φορτίου βάση της προαναφερθείσας καταναλωτικής συμπεριφοράς.[56] Ο ρόλος του Εκπροσώπου Φορτίου και του Έξυπνου Δικτύου στην τεχνολογία V2G Ο θεσμός του Εκπροσώπου Φορτίου ή εκπροσώπου στόλου αυτοκινήτων αναμένεται να διαδραματίσει πολύ σημαντικό ρόλο στη παροχή υπηρεσιών στο Δίκτυο. Για να υπάρχει ουσιαστική επίδραση, βασική προϋπόθεση είναι η παράλληλη λειτουργία αρκετών οχημάτων. Δεν είναι δυνατή η ταυτόχρονη αλληλεπίδραση εκατοντάδων ή και χιλιάδων ιδιοκτητών με το Διαχειριστή και αυτό το κενό έρχεται να καλύψει ο εκπρόσωπος του στόλου ηλεκτρικών οχημάτων. Θα είναι υπεύθυνος για την εγγραφή των ενδιαφερόμενων καταναλωτών, θα διασφαλίζει την επάρκεια αποθηκευτικού δυναμικού για τη κάλυψη των υπηρεσιών που προτίθεται να συμμετέχει, θα διαμοιράζει τα σήματα ελέγχου για την επιτυχή επικοινωνία και ανταπόκριση και τέλος θα κατανέμει τις αποζημιώσεις στους ιδιοκτήτες. Για τη λειτουργία του συγκεκριμένου θεσμού, είναι απαραίτητο ένα προηγμένο σύστημα επικοινωνιών που θα διασφαλίζει τη διαθεσιμότητα του οχήματος και θα βελτιστοποιεί το προγραμματισμό του σύμφωνα και με τις ανάγκες του ιδιοκτήτη καθώς δεν είναι δυνατό να παραμεληθεί ο βασικός ρόλος των μετακινήσεων. Σε συνεργασία με τον εκπρόσωπο, θα δηλώνει διαθεσιμότητα και την απαραίτητη ποσότητα ενέργειας που θα χρειαστεί για τις μετακινήσεις του. Οι κάτοικοι των νησιωτικών περιοχών συνήθως δεν έχουν να διανύσουν μεγάλες αποστάσεις και αυτό διευκολύνει τη βελτιστοποίηση του προγραμματισμού λειτουργίας.[56] Είναι βέβαιο πως θα χρειαστούν προγραμματιστικά εργαλεία για αυτό το σκοπό και το Έξυπνο Δίκτυο που σχολιάσαμε στο δεύτερο κεφάλαιο θα έχει ενεργό ρόλο σε ολόκληρη τη διαδικασία παροχής υπηρεσιών. Πιο συγκεκριμένα, είναι απαραίτητο για την επιτυχή ενσωμάτωση των V2G. Το βασικό κίνητρο των καταναλωτών που είναι η μείωση του λογαριασμού τους, μπορεί να εκπληρωθεί μόνο εάν εγκαταλειφθούν οι σταθερές και κλιμακωτές χρεώσεις. Στην αντίθετη περίπτωση, δεν υπάρχει οικονομικό κίνητρο και μπορεί να προκληθούν ανεπιθύμητα 110

111 αποτελέσματα από την άναρχη φόρτιση των μπαταριών. Μια σειρά τεχνολογιών του Έξυπνου Δικτύου πρέπει να εφαρμοστούν για την ομαλή επικοινωνία και έλεγχο των οχημάτων με το Διαχειριστή, ενώ η υιοθέτηση τουλάχιστον της χρονοχρέωσης είναι απαραίτητη όχι μόνο για το συντονισμό λειτουργίας των μπαταριών αλλά και για να διασφαλίζεται από τις ενέργειας αρμπιτράζ ένα ελάχιστο εισόδημα που θα μπορούσε να συμβάλλει στην αντικατάσταση της μπαταρίας λόγω της ταχύτερης φθοράς που θα παρουσιάσει από τους αυξημένους κύκλους λειτουργίας για τη παροχή υπηρεσιών.[3] 8.3 ΠΙΛΟΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ V2G Πολλές από τις απαραίτητες τεχνολογίες που απαιτούνται για να ενσωματωθούν αποτελεσματικά τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα στο Δίκτυο, είναι υπό εξέλιξη και πρέπει να αποδείξουν την αξιοπιστία τους σε ευρεία κλίμακα. Αν και γίνονται αξιόλογες επενδύσεις για έρευνα και ανάπτυξη του σχετικού εξοπλισμού με στόχο κυρίως τη μείωση του κόστους του (μπαταρίες, σταθμοί φόρτισης), είναι ίσως πιο σημαντικό να αυξηθούν οι επενδύσεις σε πιλοτικές εφαρμογές που θα αξιολογήσουν τη λειτουργία τόσο του εξοπλισμού όσο και του λογισμικού υπό πραγματικές συνθήκες και θα καθορίσουν πως πρέπει να διαμορφωθούν ή να προσαρμοστούν τα ρυθμιστικά πλαίσια και τα επιχειρηματικά μοντέλα. Πρέπει να συνεργαστούν όλοι οι ενδιαφερόμενοι φορείς για να αρθούν τυχόν νομικά εμπόδια και να υπάρχουν όλα τα εργαλεία και οι απαραίτητες υποδομές που θα αξιοποιήσουν αποδοτικά τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα καθώς θα αυξάνεται ο στόλος τους.[3] Better Place: Ένα από τα πιο προηγμένα πιλοτικά σχέδια εφαρμόζεται από την εταιρεία Better Place στο Ισραήλ, όπου και δημιουργεί το μεγαλύτερο δημόσιο δίκτυο σταθμών φόρτισης για ηλεκτρικά αυτοκίνητα, σχεδιάζοντας ταυτόχρονα παρόμοιες δράσεις στη Δανία και στη Χαβάη. Το επιχειρηματικό πλάνο της εταιρείας περιλαμβάνει τη μίσθωση της μπαταρίας από τον ιδιοκτήτη και την αλλαγή της με το που αδειάσει, από ένα πλήρως αυτοματοποιημένο σύστημα αλλαγής μπαταριών μέσα σε μόλις λίγα λεπτά. Σταθμοί φόρτισης και αλλαγής μπαταριών κατασκευάζονται σε όλη τη χώρα για να καλύψουν πλήρως τις ανάγκες των ιδιοκτητών. Οι εγκαταστάσεις φόρτισης και όλες οι μπαταρίες του Δικτύου (στα αυτοκίνητα και στους σταθμούς ανταλλαγής) ελέγχονται από ένα έξυπνο λογισμικό που συλλέγει δεδομένα για τη κατάσταση φόρτισης και την αναμενόμενη ζήτηση ενέργειας και τα οποία αναμεταδίδει σ' όλα τα ενδιαφερόμενα μέρη ώστε να υπολογίζεται το διαθέσιμο δυναμικό των μπαταριών λαμβάνοντας υπόψη τις ανάγκες των οδηγών. Για την υλοποίηση του φιλόδοξου αυτού σχεδίου, η Better Place συνεργάζεται με τις Renault, Nissan, Baran Group, Intel Atom και Microsoft.[3] Mobile Smart Grid: Η εταιρεία διανομής ηλεκτρικής ενέργειας στην Ολλανδία διεξάγει ένα ανάλογο σχέδιο που εγκαθιστά δημόσιους σταθμούς φόρτισης και αναπτύσσει έξυπνες πληροφοριακές και επικοινωνιακές εφαρμογές για το προγραμματισμό φόρτισης των ηλεκτρικών αυτοκινήτων με στόχο να βοηθήσει το υπάρχον Δίκτυο να διαχειριστεί την αυξανόμενη ζήτηση ενέργειας. Εάν εφαρμοστεί σε όλη τη χώρα, υπολογίζεται να εξοικονομήσει 20 δις ευρώ από απαραίτητες επενδύσεις στην ισχύ και την επέκταση του συστήματος μεταφοράς και διανομής, ποσό που ξεπερνά κατά πολύ το κόστος του Έξυπνου Δικτύου.[3] ECOtality North America Bi-Directional Charging Project: Χρησιμοποιήθηκε ένα TOYOTA Prius με φορτιστή αμφίδρομης ροής ισχύος για να μελετηθούν οι επιδράσεις στη μπαταρία του από τη κάλυψη φορτίων αιχμής σε κτίρια. Συγκεντρώθηκαν χρήσιμες πληροφορίες για τις δυσκολίες του συγκεκριμένου εγχειρήματος και απεδείχθη ότι η σημερινή τεχνολογία είναι επαρκής.[56] 111

112 Σχήμα 8.1 Σχηματική αναπαράσταση της διασύνδεσης ηλεκτρικών οχημάτων με το Δίκτυο [58] Nuvve Vehicle-to-Grid Project: Η συγκεκριμένη εταιρεία προχώρησε στη δημιουργία server για να επικοινωνούν οι ιδιοκτήτες ηλεκτρικών οχημάτων με το Διαχειριστή και να καθιστούν το όχημά τους διαθέσιμο για να προσφέρει υπηρεσίες στο Δίκτυο. Οι δοκιμές διεξήχθησαν στη Δανία όπου και παρατηρούνται μεγάλες μεταβολές στη παραγωγή ενέργειας λόγω αυξημένης διείσδυσης των αιολικών πάρκων και οι μπαταρίες των οχημάτων χρησιμοποιήθηκαν για ρύθμιση συχνότητας.[56] MeRegio Mobil: Στη συγκεκριμένη εφαρμογή τα οχήματα θα χρησιμοποιηθούν σα κινητά συστήματα αποθήκευσης μέσω έξυπνων σταθμών φόρτισης. Στόχος είναι η συγκέντρωση και ανάλυση δεδομένων που θα βοηθήσουν στην επίτευξη της έξυπνης διαχείρισης φορτίου, των φάσεων φόρτισης και της ενεργειακής ανάδρασης της μπαταρίας, στη δημιουργία 600 οικιακών, εμπορικών και δημόσιων σταθμών φόρτισης στο κρατίδιο της Βάδης Βυτεμβέργης στη Γερμανία όπου διεξάγεται το πρόγραμμα, στο σχεδιασμό καινοτόμων υπηρεσιών τηλεμετρίας για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα και στο σχεδιασμό ενός έξυπνου σπιτιού, φιλικό προς το συνδεόμενο ηλεκτρικό όχημα.[56] Austin Energy and V2Green: Σε αυτή την εφαρμογή εξετάζεται η δυναμική των ηλεκτρικών οχημάτων για ενσωμάτωση των ΑΠΕ και κυρίως αιολικής ενέργειας αξιοποιώντας τις δυνατότητες του Έξυπνου Δικτύου. Χρησιμοποιείται αμφίδρομη επικοινωνία μεταξύ οχήματος και Δικτύου για τη βελτιστοποίηση της φόρτισης και τα δεδομένα καταγράφονται σε server για περαιτέρω ανάλυση. Θα ελέγχεται πλήρως ο ρυθμός φόρτισης και αποφόρτισης για να ταυτίζεται με τις ανάγκες του Δικτύου όπως επηρεάζονται από τη μεταβλητότητα της αιολικής παραγωγής. Στα συμπεράσματα της μελέτης περιλαμβάνονταν η δυνατότητα για φόρτιση οχημάτων σε ώρες μη αιχμής με ισχύ του ενός kw χωρίς την αναφορά προβλημάτων. Η φόρτιση και μόνο των οχημάτων που συμμετέχουν στο πρόγραμμα για την εξομάλυνση της καμπύλης φορτίου ή εκμετάλλευση της περίσσειας αιολικής ενέργειας προσέδωσε στα οχήματα αξία 122$, ενώ η αμφίδρομη ροή ενέργειας αναμένεται να διπλασιάσει την αξία τους μειώνοντας το κόστος των επιπρόσθετων Επικουρικών Υπηρεσιών.[56] 112